專利名稱：一種感應(yīng)同步器測角接口板卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及感應(yīng)同步器測角技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種感應(yīng)同步器測角接口板 卡。
背景技術(shù)：
在轉(zhuǎn)臺、雷達(dá)、天線控制等伺服控制系統(tǒng)中，高精度角度測量是實(shí)現(xiàn)精確位置控制 的前提。感應(yīng)同步器作為一種檢測機(jī)械轉(zhuǎn)角和位移的電磁感應(yīng)式傳感元件，具有測量精度 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 用壽命幾乎可以無限長，并且對環(huán)境溫度、濕度、油污等狀況無特殊要求，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，隨著微處理器的廣泛應(yīng)用，感應(yīng)同步器測角系統(tǒng)不僅在硬件電路上得到 了很大的簡化、提高了測角系統(tǒng)的抗干擾性及可靠性，而且大大豐富了測角系統(tǒng)的功能，進(jìn) 一步提高了測量的精度。感應(yīng)同步器測角系統(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)場各種檢測儀表和控制裝置相連接完 成各種測量控制任務(wù)；應(yīng)用軟件極為豐富，簡潔、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)可通過數(shù)字I/O接口卡接收感應(yīng)同步器測角系統(tǒng)輸出的 并行數(shù)據(jù)，但這種方式可能因并行數(shù)據(jù)線過長引起串?dāng)_。解決上述問題最直接的方法是研制感應(yīng)同步器測角接口卡。目前，尚沒有此類專 門應(yīng)用于感應(yīng)同步器測角的接口卡，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)容本實(shí)用新型的目的是為了解決在伺服控制系統(tǒng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度角度測量以及 感應(yīng)同步器測角系統(tǒng)與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，提出一種新的感應(yīng)同步器測角接口板 卡。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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。本實(shí)用新 型中，采用正弦波作為勵(lì)磁信號，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放大成伏級信號。由于感應(yīng)同步器同時(shí)輸出毫伏級正弦和余弦信號，因此必須通過前置放大將毫伏級信號放大成伏 級信號，并對正、余弦信號的幅度進(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信號直接通過濾波及放大模塊進(jìn)一步放大及濾波處理， 從而達(dá)到同樣日的。所述采樣及角度解算模塊用于對經(jīng)過前置放大處理后的正余弦信號進(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)存儲器，用于存儲板卡設(shè)備號、制造商 號、子設(shè)備號、子制造商號、中斷號、設(shè)備類型號、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PCL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。之后，將該信號送感應(yīng)同步器。感 應(yīng)同步器輸出毫伏級正弦及余弦信號。此毫伏級正弦及余弦信號經(jīng)過感應(yīng)同步器前置放大 模塊，被放大成伏級信號，并對正、余弦信號的幅度進(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，伏級信號經(jīng)過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PCI總線傳 輸給工控機(jī)。有益效果本實(shí)用新型對比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)感應(yīng)同步器勵(lì)磁的正弦信號由2KHz的方波經(jīng)過整形濾波后得到2KHz正弦波，所 產(chǎn)生的正弦波高次諧波少，波形準(zhǔn)確。通過PCL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為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中接口卡的總體框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型具體實(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)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳實(shí)說明。[0025]一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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 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。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放大成-10 IOV的伏級 模擬信號。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采用74HC161計(jì)數(shù)器組成的計(jì)數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生同步蜂值采樣信 號，且同步采樣脈沖信號產(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)PCL總線接口模塊包括橋接芯片和數(shù)據(jù)存儲器。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 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信號直接通過濾波及放大模塊進(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)，邏輯電路通過分頻等操作產(chǎn)生2KHz及IMHz的方 波信號，其中2KHz信號經(jīng)過正弦生成波電路整形后，生成2KHz的正弦信號，再經(jīng)過濾波放 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)同步器輸出毫伏級正弦和余弦信號。毫伏級正、余弦信號經(jīng) 過感應(yīng)同步器前置放大模塊，被放大成-10 IOV的伏級模擬信號。之后，把這兩路放大后 的伏級信號經(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)采樣脈沖對伏級正弦及余弦信號進(jìn)行采樣。處理器對采樣 得到的數(shù)字信號進(jìn)行解算，即，通經(jīng)過反三角函數(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)要對角度粗位置進(jìn)行計(jì)數(shù)得到計(jì)數(shù)值α，通過反三角運(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 PCI總線傳輸給工控機(jī)。利用自準(zhǔn)直儀(SZY-99)和23面棱體測量得到數(shù)據(jù)如表1。從表中可看出，測量的
權(quán)利要求1.一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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，采用正弦波作為勵(lì)磁信號，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放大成伏級信號，并對正、余弦信號的幅度進(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經(jīng)過前置放大處理后的正余弦信號進(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。
2.如權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種感應(yīng)同步器測角接口板卡，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。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的正弦波高次諧波少，波形準(zhǔn)確；通過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G01B7/30GK201867171SQ201020573359
公開日2011年6月15日 申請日期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 申請人:北京理工大學(xué)