專利名稱:具有直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)變換電路的動(dòng)平衡電測箱的制作方法
本實(shí)用新型是具有直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換電路的動(dòng)平衡電測箱。
動(dòng)平衡機(jī)中不平衡信號(hào)ASin(ω1t＋θ)通過乘法、濾波電路后輸出二個(gè)互相垂直的分量(直流信號(hào))。在通常情況下，以極座標(biāo)形式指示不平衡量值和相角較為直觀，因此就必須將上述的直流信號(hào)進(jìn)行處理，即進(jìn)行直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換。
目前在動(dòng)平衡測量中，直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換，通常是用機(jī)電式的光點(diǎn)矢量表來實(shí)現(xiàn)的。光點(diǎn)矢量表屬電動(dòng)式儀表。它有兩組線卷，分別通以兩個(gè)互相垂直的分量(直流信號(hào))。當(dāng)帶有鏡面的線卷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由鏡面反射的光線即偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，使落在顯示屏上的光點(diǎn)也移動(dòng)了一個(gè)位置，將兩個(gè)相互垂直的分量，變換成極座標(biāo)指示。
由于光點(diǎn)矢量表的二組線卷參數(shù)不可能完全做成一致，因此矢量合成結(jié)果會(huì)出現(xiàn)與理論值之間的一定的誤差。同時(shí)，光點(diǎn)矢量表的相角分度隨量值變化而變化。當(dāng)量值在0到滿值的10％范圍內(nèi)，相角每等分刻度為30°；當(dāng)量值在滿值的10％到20％范圍內(nèi)，相角每等分刻度為10°；當(dāng)量值在滿值的20％到60％范圍內(nèi)，相角每等刻度為5°；當(dāng)量值在滿值的60％到100％范圍內(nèi)，相角每等分刻度為2°。另外，矢量瓦特表的成本比較高。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種精度高、成本低具有直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換電路的動(dòng)平衡電測箱。
解決本實(shí)用新型任務(wù)的方法是在動(dòng)平衡電測箱的變換電路中用正弦波去調(diào)制二個(gè)互相垂直的分量，然后由“加法器”相加后實(shí)現(xiàn)極座標(biāo)變換。
動(dòng)平衡機(jī)中的不平衡信號(hào)ASin(ω1t＋θ)通過電測箱中的乘法、濾波電路后，輸出的是二個(gè)互相垂直的分量(直流信號(hào))以Ex和Ey表示，其中Ex＝KAcosθ (1)Ey＝KAsinθ (2)分別是不平衡信號(hào)Asin(ω1t＋θ)在x和y二個(gè)方向上的分量。當(dāng)“振蕩器”輸出一個(gè)適宜頻率的方波列(設(shè)頻率為ω)。經(jīng)過“波形形成電路”，在它的輸出端輸出一組sinωt與cosωt的波形，分別去調(diào)制Ex和Ey信號(hào)，得到Exsinωt和Eycosωt二輸出信號(hào)。然后，由“加法器”相加后，在“加法器”輸出端將是Exsinωt＋Eycosωt (3)將(1)、(2)代入(3)則K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝＝K′Asin(ωt＋θ) (4)式(4)復(fù)現(xiàn)了原來的不平衡信號(hào)。在K′Asin(ωt＋θ)式中，保存了不平衡的量值A(chǔ)；同時(shí)保存了不平衡信號(hào)的相角θ。從而完成了直角座標(biāo)——極座標(biāo)的變換。
利用附圖中的實(shí)施例。對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
圖1本實(shí)用新型的正弦波調(diào)制型直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換電路方框圖。
圖2本實(shí)用新型的正弦波調(diào)制型直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換電路原理圖。
圖3(5G7520J)8位D／A轉(zhuǎn)換器的方框圖。
圖4ROM電路圖圖1和圖2描述了本實(shí)用新型的變換電路的工作原理。整個(gè)電路由振蕩電路(1)，分頻電路(2)，正、余弦形成電路(3)，調(diào)制電路(4)，極性轉(zhuǎn)換電路(5)，加法電路(6)等組成。
本實(shí)用型的關(guān)鍵是調(diào)制電路中的8位D／A轉(zhuǎn)換器(5G7520J)其作用是將直流量Ex、Ey調(diào)制成正弦波和余弦波，經(jīng)過極性轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路在運(yùn)放G13處輸出K′Acosθsinωt，運(yùn)放G17處輸出K′Asinθcosωt。然后通過加法電路將這兩個(gè)交流信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝K′Asin(ωt＋θ)得到的K′Asin(ωt＋θ)信號(hào)中，保存了不平衡信號(hào)的量值A(chǔ)，同時(shí)保存了不平衡信號(hào)的相角θ。完成了直角座標(biāo)－－極座標(biāo)的轉(zhuǎn)換。
圖3，介紹了調(diào)制電路中的8位D／A轉(zhuǎn)換電路(5G7520J)圖中∷VR——接參考信號(hào)。在本電路中輸入的分別是Ex、Ey。
V0——輸出信號(hào)。
LSB——最低電子權(quán)位開關(guān)MSB——最高電子權(quán)位開關(guān)該轉(zhuǎn)換電路包含兩個(gè)部分(1)R－2R電阻權(quán)碼網(wǎng)絡(luò)；(2)電子權(quán)位開關(guān)。5G7520J有8位電子權(quán)位開關(guān)可輸入8位數(shù)字量，其傳遞關(guān)系是V0＝ (N16)/(28) VR(5)N16——5G7520J輸入的8位并行的數(shù)字量(N16＝00，01，02，…FE，F(xiàn)F)若N16數(shù)字量由前接二片C183(二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器)8位并行輸出提供。這時(shí)輸入一個(gè)脈沖序列n10時(shí)，“n10——N16——V0”相應(yīng)關(guān)系如表1。
表1脈沖序列n10(10進(jìn)制表示)順序輸入時(shí)，n10——N16——V0關(guān)系
顯而易見，5G7520J8位電子權(quán)開關(guān)位按表1所列順序(n10＝1，2，…255)輸入數(shù)字量，在模擬輸出端V0將有一個(gè)0，－ 1/256 VR，－ 2/256 VR，…－ 255/256 VR呈線性變化的階梯波形，每一階梯為－ 1/256 VR。
設(shè)想數(shù)字量n10與N16之間關(guān)系不再按表1所列順序進(jìn)行，而是以某一種編碼，將一組組8位數(shù)字量加于5G7520J的電子權(quán)位開關(guān)，則每個(gè)輸出階梯不再是等幅度了，而是隨設(shè)計(jì)者意圖和需要給出。這樣，5G7520J可被設(shè)計(jì)者用來作數(shù)——模變換的函數(shù)發(fā)生器，輸出波形與輸入數(shù)字量n10成什么函數(shù)關(guān)系，取決于數(shù)字的編碼。在我們的電路中，為了將VR調(diào)制成正弦信號(hào)，那么就必須進(jìn)行正弦編碼，使V0輸出一正弦信號(hào)。5G7520J8位D／A轉(zhuǎn)換器的精度受最小階梯幅度 1/256 的限制，如果要提高精度可以增加權(quán)位數(shù)。
用階梯波來描繪正弦波形，如果在1／4周期(其它象限可通過該1／4基本波形來復(fù)現(xiàn))內(nèi)所取階梯數(shù)越多，所得波形也就越接近正弦波，在本電路中取32個(gè)階梯，所描繪的波形已比較接近理想。
1／4周期正弦波在5G7520J器件中的數(shù)——模轉(zhuǎn)換關(guān)系為V0＝－VRsin〔 ((2n10+1))/64 ×90°〕(n10＝0，1，2，…31) (6)由(5)、(6)式通過運(yùn)算，求得N16與n10的關(guān)系N16＝2°sin〔 (2n10+1)/64 ×90°〕 (7)按n10＝0，1，2，…31逐個(gè)代入(2)，(3)式，不難求出對(duì)應(yīng)的N16、V0。
表2正弦編碼時(shí)n10－N16－V0關(guān)系
注表2中N16由(3)式取整而得。
在1／4周期正弦波的基礎(chǔ)上，通過異或門電路P110、P111以及P114(P115)四雙向模擬開關(guān)的工作，就能得到一個(gè)完整的正弦波形。
比較表1和表2，N16、V0始終是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。區(qū)別在n10－N16之間關(guān)系是按各自編碼對(duì)應(yīng)。表1中n10－N16是順序編碼的，所以得到一等幅度的階梯波；表2中n10－N16按正弦編碼，所以得到一不等幅階梯組成的正弦波輸出。
如何得到正弦編碼呢？在本電路內(nèi)是通過C183片與5G7520J之間插入一ROM電路來解決。
圖4就是解決正弦編碼的ROM電路。它有5根地址線，8位并行輸出線，這8位并行輸出線與5G7520J8位電子權(quán)位開關(guān)一一相接。內(nèi)主要含地址譯碼器，32×8碼點(diǎn)矩陣(ROM體)。n10脈沖按序列(0，1，2，……29，30，31)輸入時(shí)，通過C183及ROM內(nèi)地址譯碼器，按順序選出相應(yīng)的確定的一個(gè)字節(jié)(一個(gè)字節(jié)包括8位2進(jìn)制信息)，這個(gè)被選出的字節(jié)當(dāng)片選端Cs為高電平時(shí)將被輸出至D0′，D1′……D7′端。
如果在ROM體內(nèi)按表2n10－N16關(guān)系編碼，那么，在ROM輸入端順序給入數(shù)字脈沖時(shí)，在ROM輸出端(即5G7520J數(shù)字輸入端)將獲得N16為06，13，…等8位數(shù)字量，5G7520J的對(duì)應(yīng)輸出V0將是－0.0245VR，－0.0736VR…等模擬量32個(gè)脈沖輸入后，完成了1／4正弦波描繪，經(jīng)過128脈沖輸入后，在ROM電路和5G7520J，極性轉(zhuǎn)換等電路的配合工作下，完成了一個(gè)周期的正弦編碼的數(shù)模轉(zhuǎn)換。
本實(shí)用新型和原有的光點(diǎn)矢量表的直角座標(biāo)——極座標(biāo)變換的方式相比，克服了原有技術(shù)中相角分度隨量值變化的缺點(diǎn)，提高了測量精度經(jīng)本實(shí)用新型變換后輸出的含有不平衡量值和相角的信號(hào)，經(jīng)過一般運(yùn)放整形后，與基準(zhǔn)方波比較進(jìn)行相角檢測。如果輸入的滿值信號(hào)為4V(有效值)，則峰值為5.6V。那么，當(dāng)輸入量值為滿值的1％時(shí)(峰值為56mV)，假設(shè)運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)為104，則相角誤差不超過1°；當(dāng)量值為滿值的10％時(shí)(峰值560mV)，相角誤差不超過0.1°。而光點(diǎn)矢量表當(dāng)量值在0到滿值的10％時(shí)，相角每等分刻度為30°，如果分辨率為 1/2 刻度，則相角讀數(shù)最小單位為15°。
本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是和光點(diǎn)矢量表相比成本要低得多。僅是光點(diǎn)矢量表的50％左右。
權(quán)利要求
1.具有直角座標(biāo)-極座標(biāo)變換電路的動(dòng)平衡電測箱，其特征在于變換電路由正、余弦波形成電路，調(diào)制電路，極性轉(zhuǎn)換電路，加法電路等組成正弦波調(diào)制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電測箱，其特征在于調(diào)制電路由5G7520J8位D／A轉(zhuǎn)換電路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的電測箱，其特征在于正、余弦形成電路由ROM電路組成。
專利摘要
本實(shí)用新型是用于動(dòng)平衡電測箱中的正弦波調(diào)制型直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)變換電路。本實(shí)用新型用正、余弦波形成電路，調(diào)制電路、極性轉(zhuǎn)換電路、加法電路等組成的正弦波調(diào)制電路來實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)的變換。
文檔編號(hào)G01M1/00GK86200563SQ86200563
公開日1987年1月14日 申請日期1986年2月26日
發(fā)明者王紀(jì)珍 申請人:上海試驗(yàn)機(jī)廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan