專利名稱：一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)同步器測(cè)角技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡。
背景技術(shù)：
在轉(zhuǎn)臺(tái)、雷達(dá)、天線控制等伺服控制系統(tǒng)中，高精度角度測(cè)量是實(shí)現(xiàn)精確位置控制 的前提。感應(yīng)同步器作為一種檢測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)角和位移的電磁感應(yīng)式傳感元件，具有測(cè)量精度 高、運(yùn)行速度快、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于依靠電磁感應(yīng)工作，沒有摩擦的影響，使 用壽命幾乎可以無(wú)限長(zhǎng)，并且對(duì)環(huán)境溫度、濕度、油污等狀況無(wú)特殊要求，因此在航空、航 天、軍事和工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著微處理器的廣泛應(yīng)用，感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)不僅在硬件電路上得到 了很大的簡(jiǎn)化、提高了測(cè)角系統(tǒng)的抗干擾性及可靠性，而且大大豐富了測(cè)角系統(tǒng)的功能，進(jìn) 一步提高了測(cè)量的精度。感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)輸出采取并行/串行數(shù)據(jù)輸出兩種形式。其 中，串行數(shù)據(jù)輸出形式接線簡(jiǎn)單，但傳輸速率較慢。因此，伺服控制系統(tǒng)中大多采用并行數(shù) 據(jù)輸出的形式。在伺服控制系統(tǒng)中，特別是多軸伺服系統(tǒng)中，控制器大多采用工控機(jī)。工控機(jī)具有 以下優(yōu)點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高；在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境下能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)可 靠運(yùn)行；具有很強(qiáng)的輸入\輸出功能，能夠與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種檢測(cè)儀表和控制裝置相連接完 成各種測(cè)量控制任務(wù)；應(yīng)用軟件極為豐富，簡(jiǎn)潔、方便?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，工控機(jī)在多軸伺服控 制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。工控機(jī)可通過(guò)數(shù)字I/O接口卡接收感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)輸出的 并行數(shù)據(jù)，但這種方式可能因并行數(shù)據(jù)線過(guò)長(zhǎng)引起串?dāng)_。解決上述問(wèn)題最直接的方法是研制感應(yīng)同步器測(cè)角接口卡。目前，尚沒有此類專 門應(yīng)用于感應(yīng)同步器測(cè)角的接口卡，也未見有相關(guān)文獻(xiàn)或?qū)＠_。因此，研制感應(yīng)同步器 測(cè)角PCI板卡具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決在伺服控制系統(tǒng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度角度測(cè)量以及感應(yīng) 同步器測(cè)角系統(tǒng)與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，提出一種新的感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，包括感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊、感應(yīng)同步器前置放大 模塊、采樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源。優(yōu)選的，還包括一個(gè)濾波及放大模 塊。其中，所述感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊用于產(chǎn)生激勵(lì)感應(yīng)同步器的勵(lì)磁信號(hào)。本發(fā)明中， 采用正弦波作為勵(lì)磁信號(hào)，并采用單相勵(lì)磁、雙相輸出的鑒幅方式。所述感應(yīng)同步器前置放大模塊用于將正余弦兩路信號(hào)放大成伏級(jí)信號(hào)。由于感 應(yīng)同步器同時(shí)輸出毫伏級(jí)正弦和余弦信號(hào)，因此必須通過(guò)前置放大將毫伏級(jí)信號(hào)放大成伏 級(jí)信號(hào)，并對(duì)正、余弦信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使二者的大小相等且在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。優(yōu)選的，可將放大后獲得的伏級(jí)信號(hào)直接通過(guò)濾波及放大模塊進(jìn)一步放大及濾波處理， 從而達(dá)到同樣目的。所述采樣及角度解算模塊用于對(duì)經(jīng)過(guò)前置放大處理后的正余弦信號(hào)進(jìn)行同步峰 值采樣，并經(jīng)解反三角函數(shù)得到機(jī)械角度。所述PCI總線接口模塊選用PCI總線橋接芯片(例如PCI9052)，所選芯片要求能 夠?qū)崿F(xiàn)符合PCI總線協(xié)議V2. U33MHz主頻、32位數(shù)據(jù)寬度的PCI總線接口，并具有132MB/ s的數(shù)據(jù)傳輸能力。同時(shí)，為橋接芯片連接一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)板卡設(shè)備號(hào)、制造商 號(hào)、子設(shè)備號(hào)、子制造商號(hào)、中斷號(hào)、設(shè)備類型號(hào)、局部空間基地址、局部空間大小及映射類 型、局部空間描述、片選響應(yīng)、中斷控制和狀態(tài)以及局部響應(yīng)控制等信息。所述電源要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓，用于解決工控機(jī)內(nèi)置電源功率 不足的問(wèn)題。上述組成部分的連接關(guān)系如下感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊輸出端同外部的感應(yīng)同步器的勵(lì)磁輸入相連。感應(yīng)同步器的 輸出端與感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸出端與采 樣及角度解算模塊的輸入端相連。采樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的 橋接芯片相連。橋接芯片的輸出通過(guò)PCI總線與外部的工控機(jī)相連。電源分別同上述組成 模塊相連。本接口板卡的工作過(guò)程如下首先，感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊產(chǎn)生正弦勵(lì)磁信號(hào)。之后，將該信號(hào)送感應(yīng)同步器。感 應(yīng)同步器輸出毫伏級(jí)正弦及余弦信號(hào)。此毫伏級(jí)正弦及余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)感應(yīng)同步器前置放大 模塊，被放大成伏級(jí)信號(hào)，并對(duì)正、余弦信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使二者的大小相等且在模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。之后，伏級(jí)信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣及角度解算模塊進(jìn)行峰值采樣及解算，得到 感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角度。最后，PCI總線接口模塊把得到的角度數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線傳 輸給工控機(jī)。有益效果本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)感應(yīng)同步器勵(lì)磁的正弦信號(hào)由2KHz的方波經(jīng)過(guò)整形濾波后得到2KHz正弦波，所 產(chǎn)生的正弦波高次諧波少，波形準(zhǔn)確。通過(guò)PCI總線，接口板卡可以方便地與工控機(jī)相互連 接，節(jié)省了空間、抗干擾能力強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中接口卡的總體框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中前置放大模塊的電路圖；圖3為峰值采樣脈沖生成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳實(shí)說(shuō)明。一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，包括感應(yīng)同步器勵(lì)磁模 塊、感應(yīng)同步器前置放大模塊、采樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊、濾波及放大模塊和5電源。(一 )感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊用于產(chǎn)生激勵(lì)感應(yīng)同步器的勵(lì)磁信號(hào)。包括邏輯電路、正弦波生成電路和濾波放大電路。其中，邏輯電路的方波輸出端與正弦波生成電路的輸入相連，正弦波生成電路的 輸出連接到濾波放大電路的輸入端。( 二)感應(yīng)同步器前置放大模塊用于正余弦兩路信號(hào)放大成-10 IOV的伏級(jí) 模擬信號(hào)。如圖2所示，包括差分放大電路、濾波電路和跟隨電路。其中，差分放大電路的輸入與感應(yīng)同步器的輸出端相連；差分放大電路的輸出端 與濾波電路的輸入端相連；濾波電路的輸出端與跟隨電路的輸入端相連；跟隨電路的輸出 端與濾波及放大模塊的輸入端相連。所述差分放大電路可用雙通道儀表放大器實(shí)現(xiàn)(如采用IN2U8型放大芯片)；濾 波電路分為低通二階濾波和高通二階濾波兩部分，其放大倍數(shù)均為1倍。優(yōu)選的，濾波電路 中所采用的濾波器為壓控二階正反饋濾波器，能夠使正弦波在截止頻率處沒有衰減。(三)采樣及角度解算模塊包括處理器、采樣脈沖生成器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中，采樣脈沖生成器同濾波及放大模塊感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊的邏輯電路采樣脈 沖輸出端、濾波及放大模塊的輸出端分別相連，采樣脈沖生成器的輸出端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換 器上，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)端連接到處理器數(shù)據(jù)輸入端。采樣脈沖生成器通過(guò)采用74HC161計(jì)數(shù)器組成的計(jì)數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生同步峰值采樣信 號(hào)，且同步采樣脈沖信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻及脈沖寬度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于對(duì)峰值點(diǎn) 電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，隨后由處理器讀取并解算出角度值。如圖3所示。(四)PCI總線接口模塊包括橋接芯片和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。PCI總線接口模塊的橋接芯片數(shù)據(jù)輸入端與采樣及角度解算模塊中處理器數(shù)據(jù)輸 出相連。PCI總線接口模塊的橋接芯片數(shù)據(jù)輸出端接到外部的PCI總線上。另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器與橋接芯片相連。(五)濾波及放大模塊將放大后獲得的伏級(jí)信號(hào)直接通過(guò)濾波及放大模塊進(jìn)一 步放大及濾波處理。濾波及放大模塊的輸入端與跟隨電路的輸出端相連。濾波及放大模塊的輸出端與 采樣及角度解算模塊的輸入端相連。(六)電源用于解決工控機(jī)內(nèi)置電源功率不足的問(wèn)題。要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓。電源分別同上述組成模塊相連。本接口板卡的工作過(guò)程如下首先，在感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊內(nèi)，邏輯電路通過(guò)分頻等操作產(chǎn)生2KHz及IMHz的方 波信號(hào)，其中2KHz信號(hào)經(jīng)過(guò)正弦生成波電路整形后，生成2KHz的正弦信號(hào)，再經(jīng)過(guò)濾波放 大電路增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力后，輸入至外部感應(yīng)同步器進(jìn)行勵(lì)磁；另一路IMHz方波輸入至采樣脈 沖生成器中作為計(jì)數(shù)脈沖，生成峰值采樣的采樣脈沖并傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在勵(lì)磁的激勵(lì)下，感應(yīng)同步器輸出毫伏級(jí)正弦和余弦信號(hào)。毫伏級(jí)正、余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)感應(yīng)同步器前置放大模塊，被放大成-10 IOV的伏級(jí)模擬信號(hào)。之后，把這兩路放大后 的伏級(jí)信號(hào)經(jīng)濾波及放大模塊進(jìn)行二次濾波放大后，輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。此時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)采樣脈沖對(duì)伏級(jí)正弦及余弦信號(hào)進(jìn)行采樣。處理器對(duì)采樣 得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解算，即，通經(jīng)過(guò)反三角函數(shù)運(yùn)算。由于感應(yīng)同步器只能分辨出一個(gè)極 距內(nèi)的角度，因此處理器同時(shí)要對(duì)角度粗位置進(jìn)行計(jì)數(shù)得到計(jì)數(shù)值α，通過(guò)反三角運(yùn)算得 到1°以內(nèi)的精位置β，α+β即為角位置量，每一最低有效位表示0.0001°，即0.36〃。 α+β即為感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角度。然后，處理器把該角度傳輸給PCI總線接口模塊的橋接芯片，再由橋接芯片通過(guò) PCI總線傳輸給工控機(jī)。利用自準(zhǔn)直儀(SZY-99)和23面棱體測(cè)量得到數(shù)據(jù)如表1。從表中可看出，測(cè)量的 最大誤差為1.3"，精度可達(dá)到0.0004°。表1測(cè)量角度數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1. 一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，其特征在于，包括感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊、感應(yīng)同步器 前置放大模塊、采樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源；(1)感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊用于產(chǎn)生激勵(lì)感應(yīng)同步器的勵(lì)磁信號(hào)，采用正弦波作為勵(lì)磁信號(hào)，并采用單相勵(lì)磁、雙 相輸出的鑒幅方式；該模塊包括邏輯電路、正弦波生成電路和濾波放大電路；其中，邏輯電路的方波輸出端 與正弦波生成電路的輸入相連，正弦波生成電路的輸出連接到濾波放大電路的輸入端；(2)感應(yīng)同步器前置放大模塊用于將正余弦兩路信號(hào)放大成伏級(jí)信號(hào)，并對(duì)正、余弦信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使二者的 大小相等且在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；該模塊包括差分放大電路、濾波電路和跟隨電路，其中，差分放大電路的輸入與感應(yīng)同 步器的輸出端相連；差分放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連；濾波電路的輸出端 與跟隨電路的輸入端相連；跟隨電路的輸出端與濾波及放大模塊的輸入端相連；其中，波電路分為低通二階濾波和高通二階濾波兩部分，其放大倍數(shù)均為1倍；(3)采樣及角度解算模塊用于對(duì)經(jīng)過(guò)前置放大處理后的正余弦信號(hào)進(jìn)行同步峰值采樣，并經(jīng)解反三角函數(shù)得到 機(jī)械角度；包括處理器、采樣脈沖生成器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，采樣脈沖生成器同濾波及放大模塊 感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊的邏輯電路采樣脈沖輸出端、濾波及放大模塊的輸出端分別相連，采 樣脈沖生成器的輸出端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器上，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)端連接到處理器數(shù)據(jù) 輸入端；(4)PCI總線接口模塊包括橋接芯片和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；其中，橋接芯片要求能夠?qū)崿F(xiàn)符合PCI總線協(xié)議V2. l、33MHz主頻、32位數(shù)據(jù)寬度的 PCI總線接口，并具有132MB/S的數(shù)據(jù)傳輸能力；橋接芯片連接一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；PCI總線接口模塊的橋接芯片數(shù)據(jù)輸入端與采樣及角度解算模塊中處理器數(shù)據(jù)輸出相 連；PCI總線接口模塊的橋接芯片數(shù)據(jù)輸出端接到外部的PCI總線上；(5)電源要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓；上述組成部分的連接關(guān)系如下感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊輸出端同外部的感應(yīng)同步器的勵(lì)磁輸入相連；感應(yīng)同步器的輸出 端與感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸出端與采樣及 角度解算模塊的輸入端相連；采樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的橋接 芯片相連；橋接芯片的輸出通過(guò)PCI總線與外部的工控機(jī)相連；電源分別同上述組成模塊 相連；本接口板卡的工作過(guò)程如下首先，感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊產(chǎn)生正弦勵(lì)磁信號(hào)；之后，將該信號(hào)送感應(yīng)同步器；感應(yīng)同 步器輸出毫伏級(jí)正弦及余弦信號(hào)；此毫伏級(jí)正弦及余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)感應(yīng)同步器前置放大模 塊，被放大成伏級(jí)信號(hào)，并對(duì)正、余弦信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使二者的大小相等且在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；之后，伏級(jí)信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣及角度解算模塊進(jìn)行峰值采樣及解算，得到感 應(yīng)同步器轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角度；最后，PCI總線接口模塊把得到的角度數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線傳輸給 工控機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，其特征在于，包括一個(gè)濾波及 放大模塊，濾波及放大模塊的輸入端與跟隨電路的輸出端相連，濾波及放大模塊的輸出端與采樣 及角度解算模塊的輸入端相連；當(dāng)感應(yīng)同步器前置放大模塊將正余弦兩路信號(hào)放大成伏級(jí)信號(hào)后，將伏級(jí)信號(hào)直接通 過(guò)濾波及放大模塊進(jìn)一步放大及濾波處理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，其特征在于，濾波電路中所 采用的濾波器為壓控二階正反饋濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種感應(yīng)同步器測(cè)角接口板卡，包括感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊、感應(yīng)同步器前置放大模塊、采樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源。感應(yīng)同步器勵(lì)磁模塊輸出端同外部的感應(yīng)同步器的勵(lì)磁輸入相連。感應(yīng)同步器的輸出端與感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應(yīng)同步器前置放大模塊的輸出端與采樣及角度解算模塊的輸入端相連。采樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的橋接芯片相連。橋接芯片的輸出通過(guò)PCI總線與外部的工控機(jī)相連。電源分別同上述組成模塊相連。本發(fā)明所產(chǎn)生的正弦波高次諧波少，波形準(zhǔn)確；通過(guò)PCI總線，接口板卡可以方便地與工控機(jī)相互連接，節(jié)省了空間、抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102042802SQ20101051620
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者劉向東, 楊大鵬, 賴志林, 陳振 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)