專利名稱：線性電壓差動(dòng)變壓器的同步位置解調(diào)裝置及其解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)用來進(jìn)行位置檢測(cè)的線性電壓差動(dòng)變壓器(LVDT)的應(yīng)用，尤其涉及對(duì)LVDT的次級(jí)電壓的解調(diào)。
在控制系統(tǒng)中(LVDT)被用來提供一電壓，該電壓代表了被控制裝置例如一個(gè)閥門的位置。眾所周知，LVDT帶有一個(gè)初級(jí)繞組和兩個(gè)次級(jí)繞組，所述初級(jí)繞組接受正弦激勵(lì)電壓。LVDT還帶有一鐵芯，它連接至驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器提供輸入以改變被控制裝置的位置。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器之輸出發(fā)生變化從而改變被控裝置的位置時(shí)，鐵芯相對(duì)于LVDT的初級(jí)和次級(jí)繞組移動(dòng)，從而改變位于次級(jí)繞組之輸出端上的交流電壓的幅值。
將LVDT每一次級(jí)繞組的輸出端連接至解調(diào)器，所述解調(diào)器的輸出端上輸出一直流信號(hào)，該信號(hào)代表了被控制裝置的位置。該直流信號(hào)被用作系統(tǒng)中的位置反饋信號(hào)，它用來控制被控裝置的位置。
一種為本領(lǐng)域技術(shù)人員所共知的所述解調(diào)器使用一采樣/保持放大器，該放大器與LVDT的初級(jí)繞組相互同步地被一脈沖選通，從而在LVDT次級(jí)繞組上提取到交流信號(hào)的波峰或波谷電壓。然而，該解調(diào)器并不調(diào)節(jié)LVDT中的相移，其結(jié)果是，將產(chǎn)生較低的信噪比，并導(dǎo)致隨著時(shí)間產(chǎn)生其它的誤差且發(fā)生溫度變化。因此，這種解調(diào)器需進(jìn)行頻率再校準(zhǔn)。
另一種所述的眾所周知的解調(diào)器，它對(duì)LVDT次級(jí)繞組輸出端上的正弦波信號(hào)進(jìn)行整流和濾波，由此得到這些信號(hào)的均方根(RMS)值。
這種眾所周知的解調(diào)器在解決了上述相移問題的同時(shí)，由于解調(diào)器中所需的大范圍濾波，其帶寬有很大損耗。因此，需要有這樣一種用于LVDT的解調(diào)器，它既能解決相移問題，同時(shí)又能保持全LVDT帶寬。本發(fā)明的解調(diào)器符合這些要求。
一種用于正弦波信號(hào)的解調(diào)器，它包括一計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)半個(gè)周期的正弦波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)正弦波信號(hào)在一方向上幅值過零時(shí)它開始計(jì)數(shù)，且當(dāng)正弦波信號(hào)在相反方向上幅值過零時(shí)它結(jié)束計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器保持了代表該半個(gè)周期的計(jì)數(shù)值。
解調(diào)器還包括另一計(jì)數(shù)器，同樣地當(dāng)正弦波信號(hào)在一方向上下一次幅值過零時(shí)它根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)表示半個(gè)周期的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，解調(diào)器還包括一采樣和保持放大器，它對(duì)正弦波信號(hào)的幅度進(jìn)行采樣，當(dāng)另一計(jì)數(shù)器在半周期表示的計(jì)數(shù)值的一半計(jì)數(shù)中到達(dá)第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始幅值采樣，且當(dāng)另一計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值到達(dá)第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束采樣，由此在采樣結(jié)束時(shí)，放大器保持了正弦波信號(hào)的最大幅值。
一種對(duì)正弦波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的方法，該方法包括這樣的步驟當(dāng)正弦波信號(hào)在一個(gè)方向上下一次幅值過零時(shí)，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)在計(jì)數(shù)器中對(duì)正弦波信號(hào)半個(gè)周期代表計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。并在當(dāng)正弦波信號(hào)在相反方向上幅值經(jīng)過零時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，半個(gè)周期的計(jì)數(shù)表示保持了表示半個(gè)周期的計(jì)數(shù)值。該方法還包括這樣的步驟當(dāng)正弦波信號(hào)在一個(gè)方向上、下一幅值過零時(shí)，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)在另一計(jì)數(shù)器中對(duì)正弦波信號(hào)半個(gè)周期代表計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。該方法還包括這樣的步驟，使用采樣和保持放大器裝置對(duì)正弦波信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)另一裝置在對(duì)半周期代表計(jì)數(shù)值的一半進(jìn)行計(jì)數(shù)中到達(dá)一第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始采樣，當(dāng)另一裝置計(jì)數(shù)值到達(dá)第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)停止采樣，從而當(dāng)采樣結(jié)束時(shí)，放大器裝置保持了正弦波信號(hào)的最大幅值。
僅有的一張附圖
示出了本發(fā)明之解調(diào)器電路的簡(jiǎn)略框圖，該電路用于LVDT之兩個(gè)次級(jí)繞組中的一個(gè)。
現(xiàn)參照附圖，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明而實(shí)施的解調(diào)器電路10的簡(jiǎn)略框圖，該解調(diào)器電路10用于LVDT(未示出)兩個(gè)次級(jí)繞組之一的輸出端上。如在下文中將詳述的那樣，圖中的電路10用來檢測(cè)正弦波電壓的最大正向幅值，即峰值，該正弦波電壓位于電路10所連接的LVDT次級(jí)繞組的輸出端上。
解調(diào)器電路10包括零值跨越檢測(cè)電路12，它用來檢測(cè)出現(xiàn)在電路10之輸入10a上的LVDT次級(jí)繞組正弦波電壓的過零。電路12的輸出端連接至高速遞增計(jì)數(shù)器14的啟動(dòng)/截止輸入端。溢出檢測(cè)電路16的清零輸入端和高速遞減計(jì)數(shù)器18的啟動(dòng)/截止端。計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器18的時(shí)鐘輸入端被連接以接收程控頻率的時(shí)鐘信號(hào)。
每當(dāng)電路12檢測(cè)到正向行波過零時(shí)計(jì)數(shù)器14被啟動(dòng)，每當(dāng)電路12檢測(cè)到負(fù)向行波過零時(shí)計(jì)數(shù)器14被截止。因此，計(jì)數(shù)器14對(duì)LVDT次級(jí)繞組交流電壓的正半周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。
緊接著電路12檢測(cè)到反向行波過零且在電路12接下來檢測(cè)到正向行波過零之前，計(jì)數(shù)器14中的計(jì)數(shù)值的一半被傳送到遞減計(jì)數(shù)器18，且計(jì)數(shù)器14清零。當(dāng)電路12檢測(cè)到下一正向行波過零時(shí)計(jì)數(shù)器18被截止。因此，在計(jì)數(shù)器14開始遞增計(jì)數(shù)的同時(shí)計(jì)數(shù)器18開始遞減計(jì)數(shù)。
計(jì)數(shù)器18中的計(jì)數(shù)值到達(dá)一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生一脈沖輸入到采樣/保持放大器20。放大器根據(jù)該脈沖進(jìn)入采樣方式。當(dāng)計(jì)數(shù)器18中的計(jì)數(shù)值到達(dá)零時(shí)，輸入放大器20的脈沖結(jié)束，從而停止采樣方式，并捕捉此時(shí)正弦波電壓的幅值，因此，放大器20的采樣方式與LVDT之次級(jí)繞組上正弦波電壓是同步的。
由于計(jì)數(shù)器18中的原計(jì)數(shù)值是計(jì)數(shù)器14中的前計(jì)數(shù)值的一半，由放大器20捕捉到的正弦電壓幅值應(yīng)為正弦電壓的峰值。放大器20在電路10的輸出端10b上提供了一直流信號(hào)，它對(duì)應(yīng)于所捕捉到的正弦電壓的幅值。
可以理解，盡管如上文所述計(jì)數(shù)器18可用作遞減計(jì)數(shù)，它可以用遞增計(jì)數(shù)器來代替。此時(shí)，遞增計(jì)數(shù)器的預(yù)定計(jì)數(shù)值將對(duì)應(yīng)于正弦信號(hào)的最大幅值。
將電路10作為其中之一部分的控制系統(tǒng)還可包括一微處理器(未示出)，它被連接從而通過一模擬數(shù)字變換器(未示出)來接收輸出端10b上的直流信號(hào)。由于一些采樣/保持放大器帶有很高的采樣補(bǔ)償，在采樣方式期間這將降低準(zhǔn)確性，因此，解碼器10還包括數(shù)字化啟動(dòng)電路22，它是計(jì)數(shù)器形式，它在電路10的輸出端10c上提供一信號(hào)，從而啟動(dòng)或截止模擬/數(shù)字變換器。在采樣方式期間模擬/數(shù)字變換器被截止，從而可防止在采樣方式期間對(duì)輸出輸端10b上的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。
可對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的頻率序控制的以反應(yīng)各個(gè)LVDT的不同的理想操作頻率。時(shí)鐘頻率的這種程控性使得在將計(jì)數(shù)器14和18之復(fù)雜性降至最低的條件下，得到最大的準(zhǔn)確性成為可能。
如上文所述，解調(diào)器10還包括溢出檢測(cè)電路16，在放大器20呈采樣方式時(shí)它被置位，而在計(jì)數(shù)器14被載止時(shí)它被清零。正弦電壓在輸入端10a上的損耗將避免電路16的消零。以本領(lǐng)域技術(shù)人員所共知的方法將電路16的輸出端通過邏輯電路(未示出)連接至計(jì)數(shù)器14和18，從而如果LVDT的次級(jí)繞組上有電壓損耗，便斷開這些計(jì)數(shù)器。電路16也被連接到微處理器，從而如果LVDT次級(jí)繞組電壓中有損耗便通知該裝置。因此，電路16確保了LVDT次級(jí)繞組上電壓的任何損耗均不引起錯(cuò)誤位置反饋值。
可以理解，可將與電路10相同的解調(diào)器電路連接至其它LVDT次級(jí)繞組的輸出端上。也可以理解可用其它解調(diào)器電路檢測(cè)LVDT正弦輸出電壓的最大負(fù)向幅值，即波谷電壓。
同樣可以理解，另一電路10用與上述用來檢測(cè)峰值的電路相同的方式來檢測(cè)波谷電壓所不同的是，它檢測(cè)到負(fù)向行波過零時(shí)提供一啟動(dòng)信號(hào)，它檢測(cè)到正向行波過零時(shí)提供一截止信號(hào)。同樣可以理解，把電路10和另一電路10之輸出端10b上的直流幅值相加以用作代表被控裝置之位置的反饋信號(hào)，且通過連接至輸出端10b的模擬/數(shù)字變換器將該相加后的直流信號(hào)輸入微處理器。
可以理解，對(duì)較佳實(shí)施例所作的描述目的僅在于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，而并不是為了將本發(fā)明局限于所述的實(shí)施例。一般技術(shù)人員可對(duì)所揭示的內(nèi)容進(jìn)行某些增加、削減和/或修改，這將不會(huì)偏離如所附權(quán)項(xiàng)中所確定的本發(fā)明的精神或其范圍。
權(quán)利要求
1.一種正弦波信號(hào)的解調(diào)器，其特征在于，包括a)第一裝置，它根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述正弦信號(hào)的半個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)所述正弦信號(hào)在一個(gè)方向上幅值過零時(shí)它開始計(jì)數(shù)，當(dāng)所述正弦信號(hào)在相反方向上幅值過零時(shí)它結(jié)束計(jì)數(shù)，所述計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)所述第一裝置保持一代表所述半個(gè)周期的計(jì)數(shù)值；b)第二裝置，當(dāng)所述正弦信號(hào)在所述一個(gè)方向上下一次幅值過零時(shí)，它根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述半周期代表計(jì)數(shù)值的一半進(jìn)行計(jì)數(shù)；和c)采樣和保持放大器裝置，它對(duì)所述正弦信號(hào)的幅值進(jìn)行采樣，當(dāng)所述第二裝置在它對(duì)所述半周期代表計(jì)數(shù)值的一半進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)到達(dá)第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)它開始采樣，當(dāng)所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到一第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束采樣，從而當(dāng)采樣結(jié)束時(shí)，所述放大器裝置保持所述正弦波信號(hào)的最大幅值。
2.如權(quán)利要求1所述的解調(diào)器，其特征在于，還包括用來確定所述正弦信號(hào)在所述一方向和在所述相反方向上何時(shí)幅值過零的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的解調(diào)器，其特征在于，還包括這樣的裝置，如果所述用來確定所述正弦信號(hào)何時(shí)幅值過零的裝置未確定所述正弦信號(hào)在所述相反方向上幅值過零，則提供一信號(hào)以選通所述第一裝置和所述第二裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的解調(diào)器，其特征在于，還包括這樣的裝置，它用來提供一代表了時(shí)間間隔的輸出信號(hào)，該時(shí)間間隔在所述第二裝置計(jì)數(shù)值到達(dá)所述第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始，而在所述第二裝置計(jì)數(shù)值到達(dá)所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束。
5.如權(quán)利要求2所述的解調(diào)器，其特征在于，還包括這樣的裝置，它提供一代表了時(shí)間間隔的輸出信號(hào)，該時(shí)間間隔在所述第二裝置計(jì)數(shù)值到達(dá)所述第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始，且在所述第二裝置計(jì)數(shù)值到達(dá)所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)果。
6.如權(quán)利要求1所述的解調(diào)器，其特征在于，所述第二計(jì)數(shù)器的第二預(yù)定計(jì)數(shù)值為零。
7.如權(quán)利要求4所述的解調(diào)器，其特征在于，所述第二計(jì)數(shù)器的所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值為零。
8.如權(quán)利要求5所述的解調(diào)器，其特征在于，所述第二計(jì)數(shù)器的所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值為零。
9.一種對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于，包括以下步驟a)在第一裝置中根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述正弦信號(hào)的半個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)所述正弦信號(hào)在一個(gè)方向上幅值過零時(shí)開始計(jì)數(shù)，而當(dāng)所述正弦信號(hào)在相反方向上幅值過零時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)，當(dāng)所述計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)所述第一裝置保持代表了所述半周期的計(jì)數(shù)值；b)當(dāng)所述正弦信號(hào)在所述一方向上下一次幅值過零時(shí)，在第二裝置中根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述半周期代表計(jì)數(shù)值的一半進(jìn)行計(jì)數(shù)；和c)使用一采樣和保持放大器裝置對(duì)所述正弦信號(hào)的幅值進(jìn)行采樣，當(dāng)所述第二裝置計(jì)數(shù)值在對(duì)所述半周期代表計(jì)數(shù)值的一半計(jì)數(shù)達(dá)到第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始采樣，當(dāng)所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到一第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束采樣，從而當(dāng)采樣結(jié)束時(shí)，所述放大器裝置保持了所述正弦信號(hào)的最大幅值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括這樣的步驟，在所述對(duì)所述時(shí)鐘信號(hào)的半周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的步驟之前確定所述正弦信號(hào)何時(shí)在所述一個(gè)方向上和在所述相反方向上幅值過零。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括這樣的步驟，如果用來確定所述正弦信號(hào)何時(shí)幅值過零的所述裝置未確定所述正弦信號(hào)在所述相反方向上過零，則提供一信號(hào)以選通所述第一裝置和所述第二裝置。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括這樣的步驟，它提供一代表了時(shí)間間隔的輸出信號(hào)，該時(shí)間間隔從所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到所述第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始，至所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括這樣的步驟，它提供一代表了時(shí)間間隔的輸出信號(hào)，所述時(shí)間間隔從所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到所述第一預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)開始，至所述第二裝置計(jì)數(shù)值達(dá)到所述第二預(yù)定計(jì)數(shù)值時(shí)結(jié)束。
全文摘要
用于線性電壓差動(dòng)變壓器的解調(diào)器，其中，解調(diào)器調(diào)節(jié)變壓器中的相移，并保持了變壓器的全帶寬。解調(diào)器首先對(duì)信號(hào)的正半周期或負(fù)半周期中任一者進(jìn)行計(jì)數(shù)并隨后在對(duì)所計(jì)數(shù)得到的半周期之一半進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)的同時(shí)對(duì)正弦信號(hào)的幅值進(jìn)行采樣，從而在變壓器次級(jí)繞組之一上得到正弦信號(hào)的最大正向或負(fù)向幅值。當(dāng)遞減計(jì)數(shù)值達(dá)到零時(shí)采樣結(jié)束。
文檔編號(hào)G01D1/12GK1118507SQ9411579
公開日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1994年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月23日
發(fā)明者阿蘭·C·佐勒 申請(qǐng)人:國(guó)際自動(dòng)化控制信貸股份有限公司