一種輸出pwm波的數(shù)字式位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種輸出PWM波的數(shù)字式位移傳感器，包括包括正交勵(lì)磁電源單元、正交定子繞組、次級(jí)正交轉(zhuǎn)子以及脈沖寬度調(diào)制單元；正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子；正交勵(lì)磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對(duì)正交勵(lì)磁電壓；正交定子繞組在次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過脈沖寬度調(diào)制單元輸出PWM波形。這樣的設(shè)計(jì)相比現(xiàn)有技術(shù)中的單相勵(lì)磁，可以不經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，就能夠直接得到位移的數(shù)字量，并且精度高且電路更加簡(jiǎn)單/成本更低，而且線性區(qū)間可達(dá)到0至360°，大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的0至60°的測(cè)量區(qū)間近似線性模擬量的電壓輸出性能。
【專利說明】一種輸出PWM波的數(shù)字式位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機(jī)控制根據(jù)控制對(duì)象的特性及控制目標(biāo)的要求，需測(cè)量某些對(duì)象的機(jī)械位移或轉(zhuǎn)動(dòng)角度來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。如水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉接力器位移、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制機(jī)構(gòu)的槳葉接力器位移或旋轉(zhuǎn)角度。常規(guī)位移傳感器基本是模擬式的，如直線位置線性電位計(jì)，模擬式解析器等，其輸出信號(hào)是直流電壓或直流電流，要經(jīng)過A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，且在響應(yīng)速度、檢測(cè)精度、穩(wěn)定性方面存在著一些缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種輸出PWM波的數(shù)字式位移傳感器，使得位移傳感器的精度更高、響應(yīng)速度更快、穩(wěn)定性更高并且不需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換。
[0004]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本實(shí)用新型公開了一種輸出PWM波的數(shù)字式位移傳感器，包括包括正交勵(lì)磁電源單元、正交定子繞組、次級(jí)正交轉(zhuǎn)子以及脈沖寬度調(diào)制單元；正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子；正交勵(lì)磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對(duì)正交勵(lì)磁電壓；正交定子繞組在次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過脈沖寬度調(diào)制單元輸出PWM波形。這樣的設(shè)計(jì)相比現(xiàn)有技術(shù)中的單相勵(lì)磁，可以不經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，就能夠直接得到位移的數(shù)字量，并且精度高且電路更加簡(jiǎn)單/成本更低，而且線性區(qū)間可達(dá)到0至360°，大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的0至60°的測(cè)量區(qū)間近似線性模擬量的電壓輸出性能。
[0005]所述的正交勵(lì)磁電源單元包括計(jì)數(shù)器、D觸發(fā)器、光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器；帶通濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的二階有源帶通濾波器，其中心頻率f0=25Hz,品質(zhì)因數(shù)Q等于10 ;計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方波經(jīng)D觸發(fā)器分頻、移相產(chǎn)生兩路方波，兩路方波相差1/4個(gè)周期；兩路方波分別經(jīng)過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產(chǎn)生一對(duì)正交勵(lì)磁電壓輸出。
[0006]所述的脈沖寬度調(diào)制單元包括濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、RS觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)器；其中濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二階有源低通濾波器，其截止頻率&取80Hz。品質(zhì)因數(shù)Q取0.1 ;正弦正交勵(lì)磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的S端；次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的R端；RS觸發(fā)器的輸出端輸出PWM波形。
[0007]有益效果:本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以不經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，就能夠直接得到位移的數(shù)字量，并且精度高且電路更加簡(jiǎn)單/成本更低，而且線性區(qū)間可達(dá)到0至360°，大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的0至60°的測(cè)量區(qū)間近似線性模擬量的電壓輸出性能?！緦＠綀D】

【附圖說明】
圖1為本實(shí)用新型的數(shù)字式位移傳感器的構(gòu)造圖；
圖2為本實(shí)用新型的數(shù)字式位移傳感器的正交勵(lì)磁電源單元；
圖3為本實(shí)用新型的數(shù)字式位移傳感器的脈沖寬度調(diào)制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0009]如圖1所示，本實(shí)用新型的數(shù)字式位移傳感器包括正交定子繞組1、次級(jí)正交轉(zhuǎn)子2，其中正交定子繞組I包括第一正交定子11和第二正交定子12 ;第一正交定子11和第二正交定子12接入一對(duì)正交勵(lì)磁電源，其中第一正交定子11接入第一正交勵(lì)磁電源U1=Asin cot,第二正交定子12接入第二正交勵(lì)磁電源U2=Acoscot ;次級(jí)正交轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生感應(yīng)電壓U3=KAsincotcos 0+KAcoscotsin 0 ,其中0為對(duì)應(yīng)機(jī)械位移轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度，K為定子和轉(zhuǎn)子繞組變比；將感應(yīng)信號(hào)通過相應(yīng)電路變換得到PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，再通過計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘對(duì)其脈沖寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)換算成對(duì)象的機(jī)械位移或旋轉(zhuǎn)角度。由此可見，這樣構(gòu)造的數(shù)字式位移傳感器不需經(jīng)A/D變換器，可直接得到位移的數(shù)字量，精度高，成本低，線性區(qū)間可達(dá)0?360°，大大優(yōu)于常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器在60°的測(cè)量區(qū)間近似線性模擬量電壓輸出的性能。它是一個(gè)快速的數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)，屬于無靜差系統(tǒng)，對(duì)提高控制對(duì)象的性能起著非常重要的作用。
[0010]如圖2所示，本實(shí)用新型的一對(duì)正交勵(lì)磁電源的正交勵(lì)磁電源單元可包括計(jì)數(shù)器、D觸發(fā)器、光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器；帶通濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的二階有源帶通濾波器，其中心頻率&=25取，品質(zhì)因數(shù)Q等于10 ;計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方波經(jīng)D觸發(fā)器分頻、移相產(chǎn)生兩路方波，兩路方波相差1/4個(gè)周期；兩路方波分別經(jīng)過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產(chǎn)生一對(duì)正交勵(lì)磁電壓輸出，分別為第一正交勵(lì)磁電源U1=Asinwt和第二正交勵(lì)磁電源u2=Acoswt。
[0011]如圖3所示，本實(shí)用新型的脈沖寬度調(diào)制單元可采用如下結(jié)構(gòu)，其包括濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、RS觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)器;第一路引入第一正交定子11的第一正交勵(lì)磁電源U1=Asin w t,第二路引入次級(jí)正交轉(zhuǎn)子2的感應(yīng)電壓U3=KAsin w tcos 0 +KAcos w tsin 0 ；其中濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二階有源低通濾波器，其截止頻率取80Hz。品質(zhì)因數(shù)Q取0.1 ;第一正交勵(lì)磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的S端；次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的R端;RS觸發(fā)器的輸出端輸出PWM波形；計(jì)數(shù)器通過時(shí)鐘對(duì)其脈沖寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算機(jī)讀取后可換算成對(duì)象的機(jī)械位移或旋轉(zhuǎn)角度。其中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用MC14490防抖動(dòng)電路的靜態(tài)移位功能與邏輯電路實(shí)現(xiàn)的。MC14490含有4位靜態(tài)移相寄存器及時(shí)鐘電路，其高電平輸出信號(hào)的上升沿延時(shí)4個(gè)時(shí)鐘周期，時(shí)鐘周值期由外接電容容量決定。通過調(diào)整外接電路電容，可控制單穩(wěn)脈沖的寬度。靜態(tài)移位寄存器輸出和其延時(shí)前的輸入信號(hào)經(jīng)邏輯與電路形成觸發(fā)脈沖。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字式位移傳感器，其特征在于，包括正交勵(lì)磁電源單元、正交定子繞組、次級(jí)正交轉(zhuǎn)子以及脈沖寬度調(diào)制單元； 正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子； 正交勵(lì)磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對(duì)正交勵(lì)磁電壓； 正交定子繞組在次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電壓； 次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過脈沖寬度調(diào)制單元輸出PWM波形。
2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式位移傳感器，其特征在于，正交勵(lì)磁電源單元包括計(jì)數(shù)器、D觸發(fā)器、光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器； 其中所述的帶通濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的二階有源帶通濾波器； 計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方波經(jīng)D觸發(fā)器分頻、移相產(chǎn)生兩路方波，兩路方波相差1/4個(gè)周期；兩路方波分別經(jīng)過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產(chǎn)生一對(duì)正交勵(lì)磁電壓輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字式位移傳感器，其特征在于，所述的由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的二階有源帶通濾波器取中心頻率&=25取，品質(zhì)因數(shù)Q等于10。
4.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式位移傳感器，其特征在于，脈沖寬度調(diào)制單元包括濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、RS觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)器； 其中濾波器采用由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成二階有源低通濾波器； 正弦正交勵(lì)磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的S端； 次級(jí)正交轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成方波輸出到RS觸發(fā)器的R端； RS觸發(fā)器的輸出端輸出PWM波形。
5.如權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字式位移傳感器，其特征在于，所述的由集成運(yùn)放、RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的二階有源低通濾波器其截止頻率fo取80Hz、品質(zhì)因數(shù)Q取0.1。
【文檔編號(hào)】G01B7/06GK203405171SQ201320438987
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】高文, 邵宜祥, 葛東平, 郭崇 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司