專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁角度傳感器的坐標(biāo)采樣同步于外來(lái)時(shí)鐘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁角度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于機(jī)械轉(zhuǎn)角的測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，利用電磁原理制造的角度傳感器在各種儀器和設(shè)備上有著幾十年的廣泛的應(yīng)用，感應(yīng)同步器就是這類(lèi)部件的典型代表。電磁角度傳感器是采用電磁感應(yīng)原理為設(shè)計(jì)基本根據(jù)，通過(guò)激磁電路對(duì)激磁線圈(原線圈)輸入變化電流，使得感應(yīng)線圈(副線圈)輸出感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓大小取決于激磁電流的變化、線圈形狀和激磁線圈與感應(yīng)線圈的相對(duì)位置。主要有兩種電磁感應(yīng)方式，一種是兩路正交的激磁信號(hào)輸入，一路感應(yīng)電壓信號(hào)輸出，利用相位移動(dòng)量換算出角位移 ’另一種是一路激磁信號(hào)輸入，兩路不同位置感應(yīng)線圈感應(yīng)的電壓信號(hào)輸出，利用它們數(shù)值量之比換算出角位置。激磁信號(hào)普遍采用高精度的正弦信號(hào)，也有的采用方波信號(hào)。近十幾年，隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換器件性能的提高，后一種已成為主流設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量應(yīng)包括如下部分電磁角度傳感器、激磁電路、感應(yīng)電壓放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字處理器和數(shù)據(jù)處理軟件。為了避免模擬信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸受到干擾，一般將激磁電路、前置放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路盡量靠近傳感器安裝。在數(shù)控系統(tǒng)中，需要一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)同步各個(gè)部件的運(yùn)行，本文在后面將采用感應(yīng)同步器做成的位置測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為位置測(cè)量部件。在系統(tǒng)時(shí)鐘傳輸給位置測(cè)量部件的過(guò)程中可能受到暫時(shí)干擾，甚至發(fā)生暫短的中斷，特別是多軸轉(zhuǎn)臺(tái)上信號(hào)要經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)傳輸，位置測(cè)量部件接收的系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)問(wèn)題的概率較大，會(huì)影響位置測(cè)量部件的正常工作。這是本發(fā)明解決的第一個(gè)問(wèn)題。作為位置測(cè)量部件，位置測(cè)量數(shù)據(jù)的獲得要同步于控制系統(tǒng)提供的系統(tǒng)時(shí)鐘。采用正弦波激磁，采樣頻率與激磁信號(hào)頻率存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，前者變化引起后者變化，則可引起輸出的感應(yīng)電壓的變化，為了保證測(cè)量部件的正常運(yùn)行和測(cè)量精度，信號(hào)放大電路需要重新調(diào)整。為了實(shí)現(xiàn)采樣頻率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，不引起輸出的感應(yīng)電壓變化，本發(fā)明給出了新的激磁電路設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到位置測(cè)量數(shù)據(jù)的獲得同步于控制系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘，本發(fā)明內(nèi)容有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是位置測(cè)量部件內(nèi)置一個(gè)運(yùn)行時(shí)鐘，此時(shí)鐘實(shí)時(shí)同步于傳過(guò)來(lái)的有效的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)傳過(guò)來(lái)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)被暫時(shí)干擾或者暫短中斷時(shí)，運(yùn)行時(shí)鐘繼續(xù)保持當(dāng)前的相位，保證位置測(cè)量部件的正常工作。第二點(diǎn)是激磁信號(hào)為一路激磁電流強(qiáng)度曲線為間斷的鋸齒形電信號(hào)，在保證感應(yīng)電壓采樣前提下，空閑時(shí)間激磁電流為零，以減少熱量產(chǎn)生。改變采樣頻率時(shí)只需改變空閑時(shí)間段的長(zhǎng)短，不改變激磁信號(hào)的有效部分，在一定的范圍內(nèi)，同步于不同頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘，不會(huì)導(dǎo)致非空間位置變化引起的感應(yīng)電壓的變化，無(wú)需再調(diào)整前置放大電路，從而也不會(huì)因電路的重新調(diào)整引起測(cè)量精度的變化。要解決的技術(shù)問(wèn)題位置測(cè)量部件收到外來(lái)的正常的系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，內(nèi)置運(yùn)行時(shí)鐘要與其同步，當(dāng)外來(lái)的系統(tǒng)時(shí)鐘受到暫時(shí)干擾或者暫時(shí)中斷時(shí) ，內(nèi)置運(yùn)行時(shí)鐘繼續(xù)保持當(dāng)前的相位，保證測(cè)量部件的正常工作。第一個(gè)要解決的問(wèn)題是系統(tǒng)時(shí)鐘同步運(yùn)行時(shí)鐘的邏輯電路。第二個(gè)要解決的問(wèn)題是設(shè)計(jì)制造基于間斷激磁信號(hào)的位置編碼硬件電路和數(shù)據(jù)處理軟件。技術(shù)方案位置測(cè)量部件在控制系統(tǒng)傳給的系統(tǒng)時(shí)鐘方波信號(hào)的每個(gè)上升沿時(shí)刻要完成一次位置測(cè)量。系統(tǒng)時(shí)鐘方波信號(hào)的周期是穩(wěn)定的，位置測(cè)量部件應(yīng)能檢測(cè)到系統(tǒng)時(shí)鐘相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)鐘周期，當(dāng)受到干擾時(shí)，在信號(hào)上出現(xiàn)附加的上升沿，使得相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間將不等于時(shí)鐘周期，在系統(tǒng)時(shí)鐘暫時(shí)中斷的情況下，也檢測(cè)不到正確的時(shí)鐘周期。利用這一點(diǎn)可以檢測(cè)接收到的系統(tǒng)時(shí)鐘是否有效，為了提高可靠性，可以連續(xù)檢測(cè)到N個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的正確的上升沿后，才發(fā)出一個(gè)同步脈沖來(lái)同步運(yùn)行時(shí)鐘。參看圖1，位置測(cè)量部件內(nèi)置一個(gè)基本時(shí)鐘，此時(shí)鐘方波信號(hào)的頻率較高，一般為幾十兆赫茲，一路送給運(yùn)行時(shí)鐘生成電路，產(chǎn)生運(yùn)行時(shí)鐘，運(yùn)行時(shí)鐘要與系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相等，一般為幾千赫茲?；緯r(shí)鐘的另一路送給系統(tǒng)時(shí)鐘檢測(cè)電路，檢測(cè)外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘相鄰兩個(gè)上升沿之間的間隔時(shí)間，連續(xù)N次檢測(cè)到正確的間隔時(shí)間后發(fā)出一個(gè)脈沖去同步運(yùn)行時(shí)鐘，檢測(cè)到不正確的時(shí)間間隔時(shí)不發(fā)出同步脈沖，說(shuō)明接受的系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)問(wèn)題，位置測(cè)量部件將繼續(xù)按照當(dāng)前的運(yùn)行時(shí)鐘運(yùn)行。以下說(shuō)明采用電流強(qiáng)度曲線為間斷的鋸齒形信號(hào)激磁的測(cè)量工作原理。感應(yīng)同步器上的激磁線圈在平面360°內(nèi)形成均勻分布的2N個(gè)磁極，相鄰兩個(gè)磁極為一個(gè)對(duì)極，當(dāng)激磁線圈通入變化電流時(shí)，在360°內(nèi)形成N個(gè)周期的變化磁場(chǎng)(也稱(chēng)為磁鏈)，在兩個(gè)感應(yīng)線圈上將產(chǎn)生感應(yīng)電壓。參看圖2，當(dāng)通入電流強(qiáng)度曲線為間斷的鋸齒形信號(hào)時(shí)，線圈相對(duì)靜止情況下感應(yīng)出的電壓信號(hào)為方波，放大后，在時(shí)刻ti;對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，記兩個(gè)感應(yīng)線圈上采得的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)分別為Ds和Dc，由于兩個(gè)感應(yīng)線圈空間位置的區(qū)別，它們相對(duì)于轉(zhuǎn)角的數(shù)值曲線有固定的相位差，曲線周期為θ% Θ*等于360°除以N，參看圖3。同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)Ds和Dc對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)唯一的空間位置，位置計(jì)算方法和實(shí)現(xiàn)360°范圍內(nèi)的角度測(cè)量方法是比較普及的，在此不做更多的介紹。參看圖2，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的速度較快，采樣區(qū)間長(zhǎng)度只需幾十微秒即可，對(duì)于每秒幾千次的米樣頻率，有大量的空閑時(shí)間，空閑時(shí)間內(nèi)激磁電流為零可以減少許多功耗，從而減少熱量的產(chǎn)生，對(duì)于高精度、采樣頻率低的靜態(tài)使用的測(cè)量設(shè)備是很有益處的。對(duì)于本發(fā)明采用的激磁信號(hào)制成的測(cè)量部件，在一定的范圍內(nèi)，只須改變運(yùn)行時(shí)鐘和空閑時(shí)間的長(zhǎng)短就能滿(mǎn)足采樣頻率不同的應(yīng)用場(chǎng)合的需求。改變獲得位置測(cè)量數(shù)據(jù)的頻率是比較方便的。有益效果本發(fā)明的有益效果是由于采用本設(shè)計(jì)的同步電路，當(dāng)外來(lái)的系統(tǒng)時(shí)鐘受到干擾或者暫時(shí)中斷時(shí)，不會(huì)影響測(cè)量部件的正常工作和向控制系統(tǒng)同步傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。由于采用間斷激磁信號(hào)，方便地同步于控制系統(tǒng)提供的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，減少激磁信號(hào)的總體功耗，從而，減少熱量的產(chǎn)生，對(duì)于高精度、采樣頻率低的靜態(tài)使用的測(cè)量設(shè)備很有益處。


圖I為運(yùn)行時(shí)鐘同步于系統(tǒng)時(shí)鐘邏輯框圖。圖2為激磁信號(hào)和感應(yīng)信號(hào)示意圖。圖3為定時(shí)電壓采樣數(shù)據(jù)相對(duì)于轉(zhuǎn)角的曲線示意圖。
權(quán)利要求
1.測(cè)量部件的運(yùn)行同步于外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)。特征點(diǎn)為收到正確有效的外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，位置測(cè)量部件內(nèi)置的運(yùn)行時(shí)鐘同步于外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘暫時(shí)受到干擾或者發(fā)生暫短中斷時(shí)，內(nèi)置的運(yùn)行時(shí)鐘保持當(dāng)前相位，保證位置測(cè)量部件正常運(yùn)行。
2.激磁電流強(qiáng)度曲線為間斷的鋸齒形的設(shè)計(jì)。特征點(diǎn)為相對(duì)感應(yīng)電壓的每次采樣， 對(duì)應(yīng)時(shí)刻激磁電流強(qiáng)度曲線為一個(gè)周期的鋸齒形，其余空閑時(shí)間激磁電流強(qiáng)度為零。
全文摘要
本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)電磁角度測(cè)量部件測(cè)量數(shù)據(jù)的獲得同步于外來(lái)系統(tǒng)時(shí)鐘的電路設(shè)計(jì)，包括時(shí)鐘同步和采用間斷激磁信號(hào)兩個(gè)部分的創(chuàng)新。電磁角度測(cè)量部件內(nèi)置一個(gè)運(yùn)行時(shí)鐘，此時(shí)鐘實(shí)時(shí)同步于傳過(guò)來(lái)的有效的系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)傳過(guò)來(lái)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)被暫時(shí)干擾或者暫短中斷時(shí)，運(yùn)行時(shí)鐘繼續(xù)保持當(dāng)前的相位，保證激磁和模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路的正常工作。激磁信號(hào)為一路激磁電流強(qiáng)度曲線為間斷鋸齒形的電信號(hào)，在保證感應(yīng)電壓采樣前提下，空閑時(shí)間激磁電流為零。在一定的范圍內(nèi)，改變獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的頻率時(shí)，只需改變空閑時(shí)間段的長(zhǎng)短，不改變激磁信號(hào)的有效部分，使得測(cè)量數(shù)據(jù)的獲得比較方便地同步于不同頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘。另外，空閑時(shí)間激磁電流為零，可以減少熱量產(chǎn)生，對(duì)于高精度、采樣頻率低的靜態(tài)使用的測(cè)量設(shè)備很有益處。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102620646SQ201110128869
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:葛幸華