專利名稱：一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種編碼器，特別是一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn) 編碼器，屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的基本組成包括位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動(dòng) 元件(電機(jī))、檢測(cè)與反饋單元、機(jī)械執(zhí)行部件，其中位置控制單元在很大程 度上決定了數(shù)控機(jī)床能夠達(dá)到的精度。目前位置傳感器一般釆用高分辨率的 旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁編碼器等元件。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩相正交波形， 能輸出轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，但其解碼電路復(fù)雜，價(jià)格昂貴。磁編碼器依靠磁極 變化檢測(cè)位置，目前正處于研究階段，其分辨率較低。光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈 沖或數(shù)字量的傳感器.根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式可分為增量型編碼器 和絕對(duì)型編碼器，較其它檢測(cè)元件有直接輸出數(shù)字量信號(hào)，慣量低，低噪聲， 高精度，高分辨率，制作簡(jiǎn)便，成本低等優(yōu)點(diǎn)。增量型編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易， 一般在碼盤上刻A、 B、 Z三道均勻分布的刻線。由于其給出的位置 信息是增量式的，當(dāng)應(yīng)用于伺服領(lǐng)域時(shí)需要初始定位。絕對(duì)型編碼器一般都 做成循環(huán)二進(jìn)制代碼，，可直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，不需要測(cè)定初始位置。 但其工藝復(fù)雜、成本高，實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度較為困難。通用的交流伺服系統(tǒng)上采用的絕對(duì)型編碼器精度一般在12位至20位之間。當(dāng)前世界上生產(chǎn)光電編碼器的主要廠家有德國(guó)Heidenhain公司、OPTION 公司，美國(guó)的Itek公司、B&L公司、三豐公司，日本的尼康公司和佳能公司。 此外，英國(guó)、瑞士和俄羅斯的一些廠家也在光電編碼器的研制方面做出了很 多貢獻(xiàn)。其中Heidenhain公司生產(chǎn)的編碼器系列以其優(yōu)質(zhì)的性能、多樣的品 種譽(yù)滿全球，居國(guó)際領(lǐng)先水平。日本編碼器工業(yè)在工業(yè)機(jī)器人及辦公自動(dòng)化 迅速普及的影響下，偏重于小型化、智能化的發(fā)展方向。我國(guó)對(duì)計(jì)量光柵的研究始于1960年前后，由中科院長(zhǎng)春光機(jī)所率先進(jìn)行 光電編碼器的研制，現(xiàn)已有增量式和絕對(duì)式數(shù)十種型號(hào)的產(chǎn)品。在提高光電 編碼器的分辨率和精度方面，國(guó)內(nèi)已采用電子學(xué)細(xì)分，多頭讀數(shù)及提高碼盤 刻劃精度，提高軸系精度等多種措施。成都光電所研制的25位絕對(duì)式光電編 碼器，分辨率已達(dá)0.04〃，精度0.71"。長(zhǎng)春光機(jī)所在80年代末生產(chǎn)的23位 絕對(duì)式光電編碼器，分辨率為0.5〃，測(cè)角精度達(dá)0.51〃。國(guó)內(nèi)其它數(shù)十家生 產(chǎn)光電編碼器廠家，大多只生產(chǎn)低位數(shù)的編碼器。光電編碼器具有以下優(yōu)點(diǎn)體積小，精密，無接觸無磨損；同一品種既 可檢測(cè)角度位移，又可在機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測(cè)直線位移；多圈光電絕對(duì) 編碼器可以檢測(cè)相當(dāng)長(zhǎng)量程的直線位移；壽命長(zhǎng)，安裝隨意，接口形式豐富， 價(jià)格合理，成熟技術(shù)。但光電編碼器也存在以下缺點(diǎn)精密但對(duì)戶外及惡劣 環(huán)境下使用提出較高的保護(hù)要求；測(cè)量直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換，需消 除機(jī)械間隙帶來的誤差；檢測(cè)軌道運(yùn)行物體難以克服滑差；無速度電壓輸出。 因此，這極大地限制了光電編碼器的應(yīng)用范圍。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的跟蹤 速度快、轉(zhuǎn)換精度高同時(shí)具有較佳抗振耐溫及抗干擾性能、能適應(yīng)任何環(huán)境 的使用要求的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理電路包括微處理器、可編程控制器、存儲(chǔ)器、 光偶和RS485接口芯片；旋轉(zhuǎn)編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移傳感器，以DSP為核心處理器構(gòu)建軸角解碼電路，由直接數(shù)字頻率合成電路以數(shù)控振蕩器的方式，產(chǎn)生頻率、相位可控制的正弦波，經(jīng)功率放大器、濾波電路直接作為旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號(hào)；旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)過電子變壓器匹配電路后， 送入A/D變換，經(jīng)過過采樣、數(shù)字濾波及抽取數(shù)字信號(hào)處理，得到兩個(gè)通道 實(shí)際角度的正余弦值，由PI算法動(dòng)態(tài)跟蹤角度誤差變化，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的 機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字軸角位置、速度。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器可采用一體式結(jié)構(gòu)框架，使用金屬鋁殼封裝，旋轉(zhuǎn)變 壓器采用密封的方式與編碼電路進(jìn)行完全的隔離。通過金屬外殼可以屏蔽空 間磁場(chǎng)和空間電磁波對(duì)編碼器的干擾，提高旋轉(zhuǎn)編碼器的抗干擾能力，旋轉(zhuǎn) 編碼器加裝了密封圈，增強(qiáng)了編碼器防潮和抗腐蝕等方面的能力。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器輸出數(shù)據(jù)可以采用格雷碼或二進(jìn)制方式，以RS485形 式輸出；采用光偶把輸入的時(shí)鐘與內(nèi)部電路進(jìn)行隔離，同時(shí)在輸入、輸出電 路中安裝了防雷裝置。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器可設(shè)置方向信號(hào)和清零信號(hào)，可以方便改變編碼器的 方向和校零。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器可采用低功耗單電源供電模式，減少實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)供頁電種類和功耗，提高系統(tǒng)的可靠性。以下進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行說明。 1. 1旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角按一定的函數(shù)關(guān)系變化的精密信 號(hào)元件，結(jié)構(gòu)與交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子兩大件組成，如圖2所示。定子的兩個(gè)繞組用R1、 R2和R3、 R4表示，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)繞組用Sl、S2和S3、 S4表示。定子和轉(zhuǎn)子鐵心均由硅鋼片或坡莫合金片迭成。定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙時(shí)均勻的。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通的變壓器完全相同，它的定子繞組相當(dāng)于普通變壓器的原邊線圈(激磁線圈)，而轉(zhuǎn)子繞組就相當(dāng)于普通變壓器的副邊線圈。當(dāng)定子繞組中的一組繞組短接，如繞組R3、 R4短路、繞組R1、 R2加上單相平流電壓為P^K。sin^后(實(shí)際上旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子均可作為原邊施加激磁信號(hào))，這時(shí)在該繞組中有電流流過，產(chǎn)生一個(gè)單相脈振磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞過e角時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組Sl、 S2和繞組S3、 S4中分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓IL-併和U③其電壓大小分別與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角e的正、余弦成比例。其矢量關(guān)系見圖3。兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組輸出函數(shù)為 K， = ATosino^sin^式中&w~~正弦繞組輸出電壓； Kcra~~余弦繞組輸出電壓； 尺——比例系數(shù)； ^——激磁繞組輸入電壓； w——必=2<， f為激磁信號(hào)頻率；-——相對(duì)于初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角； 輸出繞組的電壓如圖4所示。顯然，定子輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦或 余弦成正比。1. 2旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)。 旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路原理框圖如圖5所示，主要包括DSP處理器， Sin/Cos信號(hào)調(diào)理器，功率驅(qū)動(dòng)器，濾波器，振蕩器。DSP處理器主時(shí)鐘采用外 部晶振，使用直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生勵(lì)磁參考信號(hào)，通過功率放大器、濾波 器，輸出信號(hào)Vf作為旋轉(zhuǎn)變壓器的參考頻率，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正弦信號(hào)Vsin和 余弦信號(hào)Vcos，經(jīng)過Sin/Cos信號(hào)調(diào)節(jié)器，把電壓變成標(biāo)準(zhǔn)2V的正余弦信號(hào)Usin 和Ucos信號(hào)，DSP處理器中ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)Usin和Ucos進(jìn)行采樣，在DSP處 理器內(nèi)運(yùn)行R/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制算法，把旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)變換成并行位置信 號(hào)輸出和角速度信號(hào)輸出。R/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)混合信號(hào)電路，利用兩路ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào) 進(jìn)行數(shù)字量化處理，采用一個(gè)II型跟蹤環(huán)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角位置和 角速度。R/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示。輸入正弦信號(hào)Usin和余弦信號(hào)Ucos以參考頻率2K倍的頻率在ADC中 采樣，變換為sin (n)和cos (n)。 FIR帶通濾波器作為一個(gè)反混淆濾波器通 過限制帶寬在Fref士(Fref/2)內(nèi)提高采樣分辨率。反正切函數(shù)計(jì)算出e (n)， 其計(jì)算公式為sin(n)角位置和速度跟蹤閉環(huán)主要由PI控制器和積分器組成，F(xiàn)IR濾波器在提 高角位置分辨率的同時(shí)也帶來速度延遲，選擇閉環(huán)帶寬以提高角位置的精度，補(bǔ)償FIR濾波器產(chǎn)生的延遲，并推導(dǎo)出角速度。R/D轉(zhuǎn)換角位置和速度跟蹤閉環(huán)模型采用角度跟蹤觀測(cè)器法，其示意框圖如圖7所示。其中誤差〈百號(hào)△ = sin^cos^ — cos^x sin- = sin(<9 —對(duì)誤差信號(hào)A進(jìn)行PI控制器和積分器進(jìn)行調(diào)節(jié)，在精度范圍內(nèi)使誤差信號(hào) 貝U一小為輸出角度位置信號(hào)，角速度信號(hào)由PI控制器輸出。由圖7可看出角度 跟蹤觀測(cè)器是一個(gè)二階閉環(huán)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)自然振蕩角頻率Kl和阻尼系數(shù) K2達(dá)到平滑濾波和減少調(diào)節(jié)時(shí)間的目的，Ts是采樣周期。軟件程序流程主框圖見圖8。1.4可編程控制器?？删幊炭刂破髦饕瓿蓴?shù)據(jù)的傳輸、信號(hào)控制、地址譯碼和SSI接口協(xié)議， 其原理框圖如圖9所示。 1.5數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換。數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換采用微處理器，微處理器使用內(nèi)部時(shí)鐘，嵌入了看門狗、 12位DAC轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換原理如圖10所示。DSP旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出的速度信號(hào)和位置信號(hào)采用復(fù)用的方式， 旋轉(zhuǎn)編碼器錄取數(shù)據(jù)方式見圖11?？刂菩盘?hào)RDVEL為邏輯高電平時(shí)，輸出 12位數(shù)據(jù)為位置信號(hào)，控制信號(hào)RDVEL為邏輯低電平時(shí)，輸出12位數(shù)據(jù)為 速度信號(hào)。微處理器通過可編程控制器對(duì)DSP轉(zhuǎn)換的速度信號(hào)和位置信號(hào)進(jìn)行錄取，速度信號(hào)直接通過12位DAC轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過軟件 處理，轉(zhuǎn)換成編碼信號(hào)，其圈數(shù)采用軟件算法得到。編碼信號(hào)可以通過外部 信號(hào)改變編碼信號(hào)的零位、轉(zhuǎn)換方向，同時(shí)具有記憶功能，采用RAMTRON 公司的非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM24CL16，在斷電情況下，其圈數(shù)、相對(duì)零位、 方向都不受影響。微處理器的固件程序流程圖見圖12和圖13。 1.6傳輸方式。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出數(shù)據(jù)采用格雷碼或二進(jìn)制方式，以RS485形式輸出。編 碼器與電器接口連接方式參照?qǐng)D14，外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)光偶隔離，數(shù)據(jù) 輸出為RS485。旋轉(zhuǎn)編碼器SSI信號(hào)變換標(biāo)準(zhǔn)見圖15所示。旋轉(zhuǎn)編碼器SSI信號(hào)輸出格式1、空載條件下信號(hào)線數(shù)據(jù)+和時(shí)鐘+為高電平(+5V);2、 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖上升沿到來時(shí)，儲(chǔ)存在編碼器的數(shù)據(jù)Dn和特殊位S數(shù)據(jù)進(jìn) 行傳輸；3、 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖上升沿到來時(shí)，數(shù)據(jù)首位MSB就成為編碼器的串行數(shù)據(jù)輸 出；4、 隨著一個(gè)個(gè)脈沖上升沿的到來，Dn. 1、 Dn.2…位就逐一傳輸；5、 最后一位(LSB)傳輸完畢，單拍時(shí)間Tm截止前，數(shù)據(jù)線跳到低電平；6、 數(shù)據(jù)線跳到高電平之前或中斷Tp時(shí)間截止前，不會(huì)有數(shù)據(jù)傳輸。7、 單拍時(shí)間Tm決定了最低傳輸頻率。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器性能指標(biāo)如下分辨率單圈為12位 16位；多圈 最大為16位；總分辨率為28位 32位。線性度12位±0. 5LSB; 16位士4LSB。輸出碼格雷碼或自然二進(jìn)制。工作電壓10V 30V。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)時(shí)間20士10us。接口類型SSI。傳輸速率0. 1 2Mbit/s。符合標(biāo)準(zhǔn)RS485。零 位設(shè)置高電壓10V 30V;低電壓0V 2V。方向設(shè)置高電壓10V 30V; 低電壓0V 2V。連接器型號(hào)9416， 12針。電纜4)7mm， 6x2x0. 14mm2， lm。 環(huán)境溫度-40°C +85°C。旋轉(zhuǎn)速度最大12000min—'。軸負(fù)載:角度偏差±9°。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器克服了現(xiàn)有技術(shù)上的缺點(diǎn)，采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角 位移傳感器，其抗振性、耐溫性、抗腐蝕性、抗灰塵及油污及抗干擾性等方 面都具有很好的性能，能適應(yīng)任何環(huán)境的使用要求。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器具有 光電編碼器跟蹤速度快、轉(zhuǎn)換精度高、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 動(dòng)作靈敏、對(duì)環(huán)境條件要求低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高和速度電壓輸出 等優(yōu)點(diǎn)。編碼器采用DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字解碼電路，降低了生產(chǎn)成本，提高了 編碼器的精度；主要完成單圈與多圈的處理、并變串處理、信號(hào)的記存功能。 其單圈測(cè)量精度為16位，且無溫漂、時(shí)漂，多圈可以計(jì)量高達(dá)6萬圈，總的 分辨率可達(dá)到32位(對(duì)于16位分辨率)，大大提高了測(cè)量精度和可靠性，是 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為理想的角位測(cè)量編碼器。


圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)編碼器的原理框圖。 圖2為旋轉(zhuǎn)變壓器示意圖。圖3為旋轉(zhuǎn)變壓器定子與轉(zhuǎn)子繞組之間的矢量關(guān)系圖。 圖4為旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的電壓波形關(guān)系圖。 圖5為DSP數(shù)字化RDC轉(zhuǎn)換原理框圖。 圖6為R/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)框圖。圖中，采樣<formula>formula see original document page 12</formula>…圖7為角度跟蹤觀測(cè)器框圖。圖8為軟件程序主框圖。圖9為可編程控制器原理框圖。圖IO為微處理器轉(zhuǎn)換原理圖。圖11是旋轉(zhuǎn)編碼器錄取數(shù)據(jù)方式圖。圖12為微處理器的主程序流程圖。圖13為微處理器100uS定時(shí)中斷服務(wù)程序流程圖。圖14為編碼器與電器接口連接方式圖。圖15為旋轉(zhuǎn)編碼器SSI信號(hào)變換標(biāo)準(zhǔn)圖。圖中D1-Dm位置數(shù)據(jù);T:l/f : 周期時(shí)聞《l顧z; MSB:數(shù)據(jù)首位；Tm :單拍時(shí)間10us-加us; LSB:數(shù)據(jù)末位； Tp :時(shí)間間歇》單拍時(shí)間(Tp》Tm)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1。參照?qǐng)Dl一圖15。 一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼 器，旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理電路包括微處理器、可編程控制器、存儲(chǔ)器、光偶 和RS485接口芯片；旋轉(zhuǎn)編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移傳感器，以DSP 為核心處理器構(gòu)建軸角解碼電路，由直接數(shù)字頻率合成電路以數(shù)控振蕩器的 方式，產(chǎn)生頻率、相位可控制的正弦波，經(jīng)功率放大器、濾波電路直接作為 旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號(hào)；旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)過電子變壓器匹配電路后，送入 A/D變換，經(jīng)過過采樣、數(shù)字濾波及抽取數(shù)字信號(hào)處理，得到兩個(gè)通道實(shí)際 角度的正余弦值，由PI算法動(dòng)態(tài)跟蹤角度誤差變化，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的機(jī)械 位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字軸角位置、速度。實(shí)施例2。實(shí)施例l所述的旋轉(zhuǎn)編碼器中，旋轉(zhuǎn)編碼器采用一體式結(jié)構(gòu)框 架，使用金屬鋁殼封裝，旋轉(zhuǎn)變壓器采用密封的方式與編碼電路進(jìn)行完全的 隔離。實(shí)施例3。實(shí)施例1或2所述的旋轉(zhuǎn)編碼器中，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出數(shù)據(jù)采用 格雷碼或二進(jìn)制方式，以RS485形式輸出，采用光偶把輸入的時(shí)鐘與內(nèi)部電 路進(jìn)行隔離，同時(shí)在輸入、輸出電路中安裝了防雷裝置。實(shí)施例4。實(shí)施例1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器中，旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置方向 信號(hào)和清零信號(hào)，以改變編碼器的方向和校零。實(shí)施例5。實(shí)施例l一4中任何一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)編碼器中，其轉(zhuǎn)換技術(shù)如下，(1)旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換；它包括DSP處理器，Sin/Cos信號(hào)調(diào)理器，功率 驅(qū)動(dòng)器，濾波器，振蕩器；DSP處理器主時(shí)鐘采用外部晶振，使用直接 數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生勵(lì)磁參考信號(hào)，通過功率放大器、濾波器，輸出信 號(hào)Vf作為旋轉(zhuǎn)變壓器的參考頻率，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正弦信號(hào)Vsin和余弦 信號(hào)Vcos，經(jīng)過Sin/Cos信號(hào)調(diào)節(jié)器，把電壓變成標(biāo)準(zhǔn)2V的正余弦信號(hào) Usin和Ucos信號(hào)，DSP處理器中ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)Usin和Ucos進(jìn)行采樣， 在DSP處理器內(nèi)運(yùn)行R/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制算法，把旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)變 換成并行位置信號(hào)輸出和角速度信號(hào)輸出；R/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)混合信號(hào) 電路，利用兩路ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字量化處理，采用 一個(gè)II型跟蹤環(huán)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角位置和角速度；輸入正弦 信號(hào)Usin和余弦信號(hào)Ucos以參考頻率2K倍的頻率在ADC中采樣，變換為 sin (n)禾口cos (n);(2)數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換；數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換采用微處理器，微處理器使用內(nèi)部時(shí) 鐘，嵌入了看門狗、12位DAC轉(zhuǎn)換器；DSP旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出的速度信號(hào)和位置信號(hào)采用復(fù)用的方式，控制信號(hào)RDVEL為邏輯高電平 時(shí)，輸出12位數(shù)據(jù)為位置信號(hào)，控制信號(hào)RDVEL為邏輯低電平時(shí)，輸出 12位數(shù)據(jù)為速度信號(hào)；微處理器通過可編程控制器對(duì)DSP轉(zhuǎn)換的速度信 號(hào)和位置信號(hào)進(jìn)行錄取，速度信號(hào)直接通過12位DAC轉(zhuǎn)換器輸出模擬信 號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過軟件處理，轉(zhuǎn)換成編碼信號(hào)，其圈數(shù)采用軟件算法得 至U;編碼信號(hào)可以通過外部信號(hào)改變編碼信號(hào)的零位、轉(zhuǎn)換方向，同時(shí) 具有記憶功能，采用非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM24CL 16。
權(quán)利要求
1、一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)處理電路包括微處理器、可編程控制器、存儲(chǔ)器、光偶和RS485接口芯片；旋轉(zhuǎn)編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移傳感器，以DSP為核心處理器構(gòu)建軸角解碼電路，由直接數(shù)字頻率合成電路以數(shù)控振蕩器的方式，產(chǎn)生頻率、相位可控制的正弦波，經(jīng)功率放大器、濾波電路直接作為旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號(hào)；旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)過電子變壓器匹配電路后，送入A/D變換，經(jīng)過過采樣、數(shù)字濾波及抽取數(shù)字信號(hào)處理，得到兩個(gè)通道實(shí)際角度的正余弦值，由PI算法動(dòng)態(tài)跟蹤角度誤差變化，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字軸角位置、速度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，旋轉(zhuǎn)編碼器采用一體 式結(jié)構(gòu)框架，使用金屬鋁殼封裝，旋轉(zhuǎn)變壓器采用密封的方式與編碼電 路進(jìn)行完全的隔離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出數(shù)據(jù) 采用格雷碼或二進(jìn)制方式，以RS485形式輸出，采用光偶把輸入的時(shí)鐘 與內(nèi)部電路進(jìn)行隔離，同時(shí)在輸入、輸出電路中安裝了防雷裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置方向 信號(hào)和清零信號(hào)，以改變編碼器的方向和校零。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，其轉(zhuǎn)換技術(shù)如下， (1)旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換；它包括DSP處理器，Sin/Cos信號(hào)調(diào)理器，功率驅(qū)動(dòng)器，濾波器，振蕩器；DSP處理器主時(shí)鐘采用外部晶振，使用直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生勵(lì)磁參考信號(hào)，通過功率放大器、濾波器，輸出信號(hào)Vf作為旋轉(zhuǎn)變壓器的參考頻率，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出正弦信號(hào)Vsin和余弦信 號(hào)Vcos，經(jīng)過Sin/Cos信號(hào)調(diào)節(jié)器，把電壓變成標(biāo)準(zhǔn)2V的正余弦信號(hào)Usin 和Ucos信號(hào)，DSP處理器中ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)Usin和Ucos進(jìn)行采樣，在 DSP處理器內(nèi)運(yùn)行R/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制算法，把旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)變換成 并行位置信號(hào)輸出和角速度信號(hào)輸出；R/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)混合信號(hào)電路， 利用兩路ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字量化處理，采用一個(gè)II 型跟蹤環(huán)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角位置和角速度；輸入正弦信號(hào) Usin和余弦信號(hào)Ucos以參考頻率2K倍的頻率在ADC中采樣，變換為sin (n)禾口cos (n);(2)數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換；數(shù)字一編碼轉(zhuǎn)換采用微處理器，微處理器使用內(nèi)部時(shí)鐘，嵌入了看門狗、12位DAC轉(zhuǎn)換器；DSP旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出的 速度信號(hào)和位置信號(hào)采用復(fù)用的方式，控制信號(hào)RDVEL為邏輯高電平時(shí)， 輸出12位數(shù)據(jù)為位置信號(hào)，控制信號(hào)RDVEL為邏輯低電平時(shí)，輸出12位 數(shù)據(jù)為速度信號(hào);微處理器通過可編程控制器對(duì)DSP轉(zhuǎn)換的速度信號(hào)和位 置信號(hào)進(jìn)行錄取，速度信號(hào)直接通過12位DAC轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)，數(shù) 據(jù)信號(hào)通過軟件處理，轉(zhuǎn)換成編碼信號(hào)，其圈數(shù)采用軟件算法得到；編 碼信號(hào)可以通過外部信號(hào)改變編碼信號(hào)的零位、轉(zhuǎn)換方向，同時(shí)具有記 憶功能，采用非易失性鐵電存儲(chǔ)器FM24CL16。
全文摘要
一種基于旋轉(zhuǎn)變壓器的多圈絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于，它以旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移傳感器，以DSP為核心處理器構(gòu)建軸角解碼電路，由直接數(shù)字頻率合成電路以數(shù)控振蕩器的方式，產(chǎn)生頻率、相位可控制的正弦波，經(jīng)功率放大器、濾波電路直接作為旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號(hào)；旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)經(jīng)過電子變壓器匹配電路后，送入A/D變換，經(jīng)過過采樣、數(shù)字濾波及抽取數(shù)字信號(hào)處理，得到兩個(gè)通道實(shí)際角度的正余弦值，由PI算法動(dòng)態(tài)跟蹤角度誤差變化，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字軸角位置、速度。它具有跟蹤速度快、轉(zhuǎn)換精度高、可靠性高等特點(diǎn)，也具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、對(duì)環(huán)境條件要求低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高和速度電壓輸出等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK101226066SQ20081001881
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者杜雪珍, 彬 韓, 馬金寶, 高文政 申請(qǐng)人:連云港杰瑞電子有限公司