專利名稱：一種感應(yīng)同步器數(shù)顯位移測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以感應(yīng)同步器作為傳感器的精密位移測量方法。更具體的說，是一種在提高測量細(xì)分精度的同時，也提高其相對速度上限及簡化電路結(jié)構(gòu)的新方法。
在鑒幅型感應(yīng)同步器數(shù)顯表中，對滑尺與定尺的相對移動信號X及其所代表的機械位移角θ機＝2πX/T的檢測，是由激磁電流I的電氣相位角θ電對θ機的跟蹤來實現(xiàn)的。跟蹤誤差△＝θ電-θ機可通過定尺上感應(yīng)電勢ef＝KEmSin(θ電-θ機)Sinωt反映出來，對θ機進(jìn)行修正，使ef→0，則△→0;即實現(xiàn)了θ電對θ機的跟蹤。此過程見

圖1。
所有不同型號的鑒幅型感應(yīng)同步器數(shù)顯表，其主要差別在于對Sinωt的調(diào)制過程處理和對修正因子Km實現(xiàn)修正θ的方法不同。常用的有函數(shù)變壓器式(如湖濱儀器廠生產(chǎn)的SF19型)及脈沖調(diào)寬型(如上海機床電器廠的ST2型)，利用勵磁電流進(jìn)行調(diào)制，而修正電氣角θ往往都由V/F變換器發(fā)出的修正脈沖數(shù)△n代表△θ來實現(xiàn)θ＝θ+△θ。目前常用的脈沖調(diào)寬型數(shù)顯表工作過程可由圖2說明。
上述方法缺點在于，偏差信號ef越小時，由挖補方式修正脈寬n的過程越慢，而當(dāng)滑尺移動太快時，挖補過程不夠快而丟失信息，使脈沖修正失敗，產(chǎn)生粗誤差(至少差一個節(jié)距)。
本發(fā)明利用微處理機CPU對A/D轉(zhuǎn)換后偏差信號的波形及幅值，經(jīng)計算后直接修正電氣角θ，這樣的修正是由CPU進(jìn)行一次加(減)運算實現(xiàn)的，而不是前述的對修正脈沖一個一個地計數(shù)來實現(xiàn)。這樣修正過程快，過程可由圖3說明。
為了在提高容許速度上限的同時，又提高分辨率，對偏差信號ef采用放大倍數(shù)K為對數(shù)特性的交流放大器。這樣在小信號時的放大率KL遠(yuǎn)大于大信號時的放大率KH，見圖4。這樣，系統(tǒng)在小偏差信號時，由于放大倍數(shù)KL足夠大而仍有足夠精度，而大偏差信號時，輸出信號ef不會超出A/D轉(zhuǎn)換允許范圍，高速移動滑尺，產(chǎn)生的大偏差信號ef仍能維持A/D轉(zhuǎn)換正常工作。這樣的非線性放大系數(shù)環(huán)節(jié)在CPU對A/D結(jié)果進(jìn)行反對數(shù)運算后，仍恢復(fù)了整個系統(tǒng)的線性，實現(xiàn)了高速和高精度兩個優(yōu)點共存的目標(biāo)。
在上述構(gòu)思的基礎(chǔ)上，本發(fā)明進(jìn)一步利用CPU及A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)合，省去較昂貴復(fù)雜的對數(shù)特性交流放大器，仍采用線性運算放大器，對信號作大倍率K限幅放大，限幅值Um仍在A/D允許輸入范圍內(nèi)，見圖5。此放大器在小信號時作高倍率放大，而在大信號時將限幅值Um送至A/D轉(zhuǎn)換器，根據(jù)公式UpSin[(π-B)/2]＝Um得到Up＝Um/Sin[(π-B)/2]式中寬度B是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)CPU計算后所得(為一時間差);
Up是大偏差信號ef的幅值。
這樣，用限幅的線性運算放大器代替對數(shù)特性運算放大器，借助A/D轉(zhuǎn)換器及CPU的靈活運算處理能力，仍然可以實現(xiàn)感應(yīng)同步器位移測量的高分辨率和高速度的統(tǒng)一。
感應(yīng)同步器鑒幅式數(shù)顯電路在滑尺繞組激勵電流的一個周期內(nèi)，只能獲得一次關(guān)于偏差峰值的信息，只能做一次修正處理，而且一次修正量絕不能超過一個節(jié)距，這就意味著在一個周期內(nèi)移動超過一個節(jié)距，就會使修正錯誤，產(chǎn)生粗誤差。
本發(fā)明在上述方法的基礎(chǔ)上，采用了如圖6所示的激勵頻率變換電路，在保證了測量精度的同時，再進(jìn)一步提高了移動速度的允許上限。
微處理器CPU根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果修正電氣角θ電，若A/D結(jié)果U＜Um，則CPU將發(fā)出指令使基頻f＝2πω＝fo/(n1＊n2)降低激勵頻率，提高脈寬細(xì)分度，即提高修正精度;
若連續(xù)m個周期內(nèi)，限幅寬度B大于預(yù)定值B1，則認(rèn)定是高速運動，CPU將發(fā)出指令使基頻f＝fo/n1這樣，激勵波形周期變小，修正頻率加快，提高了跟蹤速度。軟件框圖見圖7。
m取值范圍為3～10;
對fo分頻數(shù)為n1時，可使修正頻率比分頻數(shù)為n1＊n2時提高n2倍，而對fo分頻數(shù)為n1＊n2時，可使脈寬細(xì)分度比分頻數(shù)為n1時提高n2倍。因此，能夠適應(yīng)實際應(yīng)用場合的不同要求。
圖1.鑒幅型感應(yīng)同步器數(shù)顯表工作過程。
其中T-感應(yīng)同步器線圈節(jié)距ω-勵磁角頻率Km-修正系數(shù)圖2.脈沖調(diào)寬型數(shù)顯表工作過程.
圖3.本發(fā)明感應(yīng)同步器數(shù)顯裝置工作過程.
圖4a.輸出信號U不會超出A/D轉(zhuǎn)換允許輸入范圍UH.
圖4b.偏差信號ef的放大系數(shù)K呈對數(shù)特性變化.
圖5.線性放大器將大偏差信號作限幅放大.
其中Up-大偏差信號幅值B-限幅波頂平臺寬度2π-滑尺繞組激勵電流一周期的相位值圖6.本發(fā)明自適應(yīng)方式的激勵頻率變換電路的邏輯框圖.
圖7.本發(fā)明自適應(yīng)方式的激勵頻率變換軟件框圖.
其中R-連續(xù)產(chǎn)生限幅的周期數(shù)D-控制分頻數(shù)為n1或n1n2的寄存器位D＝0，分頻數(shù)為n1n2D＝1，分頻數(shù)為n1fo-晶體振蕩器的振蕩頻率
權(quán)利要求
1.一種在感應(yīng)同步器數(shù)顯位移測量中提高電氣角對機械位移角跟蹤能力的方法，其特征在于是通過采用自適應(yīng)激勵電流基頻變化的方法來實現(xiàn)的。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)激勵電流基頻變化的位移測量方法，其特征在于對限幅次數(shù)m的取值為3～10。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)激勵電流基頻變化的位移測量方法，其特征在于對偏差信號ef采用較高放大倍數(shù)的線性放大器來有意識地進(jìn)行限幅放大，限幅值為A/D轉(zhuǎn)換范圍的90%至100%。
4.如權(quán)利要求3所述的限幅放大器，其特征在于對限幅放大器的輸出波形進(jìn)行連續(xù)采樣且A/D轉(zhuǎn)換，限幅時利用波形頂部限幅的寬度B和激勵周期2π，通過計算提取原偏差信號的峰值Up，產(chǎn)生修正信號△θ，未產(chǎn)生限幅時，仍同于普通線性放大器。
全文摘要
一種以感應(yīng)同步器作為傳感器的精密位移測量方法，可以在提高測量細(xì)分精度的同時，也提高其相對速度上限及簡化電路結(jié)構(gòu)的新方法。通過采用限幅放大器和自適應(yīng)激勵電流基頻變化的方法來提高電氣角對機械位移角的跟蹤能力。
文檔編號G01B7/02GK1083585SQ92109629
公開日1994年3月9日 申請日期1992年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月2日
發(fā)明者陸啟湘 申請人:陸啟湘