本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)變壓器角度解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置及方法。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)變壓器作為角度位置傳感器件，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航天航空領(lǐng)域，同時(shí)在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)方法目前主要使用旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器模塊來實(shí)現(xiàn)。該模塊需要使用旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號、正余弦輸出信號，并通過閉環(huán)控制回路來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換模塊的體積大、印制板元器件及其連線較多的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置及方法，用以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換模塊的體積大、印制板元器件及其連線較多的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置，該單極旋轉(zhuǎn)變壓器，用于接收激磁電源12所輸入的激磁信號，以及基于所述激磁信號輸出與所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度相關(guān)的正弦輸出信號和余弦輸出信號，所述角度解調(diào)裝置包括：乘法器101，用于將所述激磁信號和所述正弦輸出信號執(zhí)行相乘作用以輸出相乘增益信號；直流分量篩選單元102，用于從所述相乘增益信號中篩選直流信號分量；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器103，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換所述直流信號分量來輸出所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度。

可選的，所述直流分量篩選單元102包括：低通濾波器1021，用于濾波所述相乘增益信號以將所述相乘增益信號轉(zhuǎn)換為低頻濾波信號；和直流分量確定模塊1022，用于從所述低頻濾波信號中確定直流信號分量。

可選的，所述直流分量篩選單元102還包括：連接至所述直流分量確定模塊，用于將所述直流信號分量調(diào)理到符合所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號輸入要求的信號調(diào)理模塊。

可選的，所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)置在四框架光電吊艙系統(tǒng)中，用于測量外框架相對內(nèi)框架的轉(zhuǎn)動角度。

本發(fā)明實(shí)施例另一方面提供一種用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)方法，該角度解調(diào)方法適用于上述的角度解調(diào)裝置，包括步驟：301將所述激磁信號和所述正弦輸出信號執(zhí)行相乘作用以輸出相乘增益信號；302從所述相乘增益信號中篩選直流信號分量；303模數(shù)轉(zhuǎn)換所述直流信號分量來輸出所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度。

可選的，所述從相乘增益信號中篩選直流信號分量包括：濾波所述相乘增益信號以將所述相乘增益信號轉(zhuǎn)換為低頻濾波信號；和從所述低頻濾波信號中確定直流信號分量。

可選的，所述激磁信號滿足v1=k·sinωt，其中k為激磁信號幅值，ω為激磁信號角頻率；以及所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦輸出信號為v2=k·sinωt·sinθ，其中θ為所述單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度；所述方法包括：將激磁信號v1和正弦輸出信號v2執(zhí)行相乘作用以輸出相乘增益信號v3，v3滿足

v3=v1×v2=k²·(sinωt)²·sinθ=k²·sinθ-k²·sinθ·cos2ωt；

使用低通濾波器濾除掉所述相乘增益信號中含cos2ωt的高頻信號分量，以將所述相乘增益信號轉(zhuǎn)換為低頻濾波信號v4，v4滿足

v4=k²·sinθ；

當(dāng)θ<5°時(shí)，令sinθ=θ，則從低頻濾波信號v4中所確定直流信號分量v4^’滿足

v4^’=k²·θ；

對直流信號分量v4^’進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以輸出關(guān)于θ的角度信號。

可選的，在從低頻濾波信號中確定直流信號分量之后還包括：將所述直流信號分量調(diào)理到符合所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號輸入要求的步驟。

通過本發(fā)明的上述用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置所提供的技術(shù)方案中，只使用了單極旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號和正弦輸出信號，而并沒有使用余弦輸出信號，由此簡化了印制板元器件及其連線；相比于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器模塊解調(diào)出單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度信息，本發(fā)明提供了一種全新簡單的利用乘法器、直流分量篩選單元的開環(huán)控制裝置以解析單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)印制板的體積占用小、元器件布局及其連線簡單的優(yōu)點(diǎn)，且更易于設(shè)計(jì)和更低的成本，有利于本發(fā)明技術(shù)方案的推廣應(yīng)用。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的直流分量篩選單元102在一種實(shí)施方式下的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置的工作原理示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

參見圖1是示出的是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置10通過乘法器與單極旋轉(zhuǎn)變壓器11及激磁電源12分別連接，以及單極旋轉(zhuǎn)變壓器11還與激磁電源12相連接；其中，單極旋轉(zhuǎn)變壓器11適于接收激磁電源12所輸入的激磁信號，以及單極旋轉(zhuǎn)變壓器11還適于基于該激磁信號輸出與單極旋轉(zhuǎn)變壓器11的軸角角度相關(guān)的正弦輸出信號和余弦輸出信號。該角度解調(diào)裝置10包含乘法器101、與乘法器101相連接的直流分量篩選單元102及與直流分量篩選單元102相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器103；其中乘法器101將激磁信號和正弦輸出信號執(zhí)行相乘作用以輸出相乘增益信號，直流分量篩選單元102從該相乘增益信號中篩選直流信號分量，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換器103模數(shù)轉(zhuǎn)換該直流信號分量來輸出單極旋轉(zhuǎn)變壓器11的軸角角度。

在本實(shí)施例中，只使用了單極旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號和正弦輸出信號，而并沒有使用余弦輸出信號，由此簡化了印制板元器件及其連線；相比于傳統(tǒng)單極旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器模塊解調(diào)出單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度信息，本發(fā)明提供了一種全新簡單的利用乘法器、直流分量篩選單元的開環(huán)控制裝置以解析單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)印制板的體積占用小、元器件布局及其連線簡單的優(yōu)點(diǎn)，且更易于設(shè)計(jì)和更低的成本，有利于本實(shí)施例所公開的技術(shù)方案的推廣應(yīng)用。

繼續(xù)參照圖2示出的是直流分量篩選單元102在一種實(shí)施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖，該直流分量篩選單元102包含低通濾波器1021和與其相連接的直流分量確定模塊1022，其中低通濾波器1021濾波該相乘增益信號以將該相乘增益信號轉(zhuǎn)換為低頻濾波信號，以及直流分量確定模塊1022可以從所述低頻濾波信號中確定直流信號分量。作為進(jìn)一步的優(yōu)化和公開，用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置10還包含有與直流分量確定模塊1022相連接的信號調(diào)理模塊（未示出），用于將直流信號分量調(diào)理到符合模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號輸入要求，以保障模數(shù)轉(zhuǎn)換的可靠性。更優(yōu)選地，該信號調(diào)理模塊還可以進(jìn)行采樣前的抗混疊濾波。

關(guān)于直流分量確定模塊1022從低頻濾波信號中確定直流信號分量的具體方式，可以是依據(jù)單極旋轉(zhuǎn)變壓器的具體應(yīng)用環(huán)境下所確定。作為示例，當(dāng)單極旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用于四框架光電吊艙系統(tǒng)中，利用單極旋轉(zhuǎn)變壓器來測量外框架相對內(nèi)框架的轉(zhuǎn)動角度，其轉(zhuǎn)動角度小于5°。根據(jù)四框架光電吊艙的控制原理，外框架始終跟隨內(nèi)框架轉(zhuǎn)動，單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度θ<5°，在這種情況下單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度與該軸角角度的正弦值的差別不是很大，可以利用該軸角角度的正弦值來預(yù)測單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度?？梢岳斫獾氖?，上述的單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度的確定方式僅作為示例以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用作限制本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

參見圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置的工作原理示意圖；如圖3所示，用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)裝置（未示出）包含乘法器201、低通濾波器202、信號調(diào)理電路203及模數(shù)轉(zhuǎn)換器204，以及單極旋轉(zhuǎn)變壓器21和激磁電源22，關(guān)于本實(shí)施例中的201-201、21和22的連接關(guān)系及相關(guān)描述可以參照上文實(shí)施例的描述，在此不加以贅述。

如圖3所示，乘法器將激磁信號和單極旋轉(zhuǎn)變壓器正弦輸出信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，經(jīng)過低通濾波器濾除掉高頻信號，剩下含有正比于角度的直流信號，信號調(diào)理電路調(diào)理該直流信號到滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入要求的信號幅度范圍，最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該角度信息信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸出。

更具體地，假定激磁電源22所輸入的激磁信號滿足v1=k·sinωt，其中k為激磁信號幅值，ω為激磁信號角頻率；

此時(shí)，單極旋轉(zhuǎn)變壓器21的正弦輸出信號為v2=k·sinωt·sinθ，θ為單極旋轉(zhuǎn)變壓器軸角角度；

然后，經(jīng)由乘法器201所輸出的信號滿足

v3=v1×v2=k²·(sinωt)²·sinθ=k²·sinθ-k²·sinθ·cos2ωt；

然后，經(jīng)過低通濾波器202濾除掉cos2ωt的高頻信號分量，得低頻濾波信號v4=k²·sinθ；當(dāng)將本實(shí)施例的角度解調(diào)裝置應(yīng)用至在四框架光電吊艙系統(tǒng)中的單極旋轉(zhuǎn)變壓器21時(shí)，由于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度θ<5°，存在sinθ≈θ，可以使得sinθ=θ，則從低頻濾波信號v4中所確定直流信號分量v4^’=k²·θ；

然后，經(jīng)由信號調(diào)理電路203將信號電壓調(diào)整到適合模數(shù)轉(zhuǎn)換器204的合理范圍，并進(jìn)行采樣前的抗混疊濾波，得到v5=k’·θ，其中k’為系統(tǒng)整體增益系數(shù)，由此確定了信號調(diào)理電路所輸出的信號v5與角度θ的線性對應(yīng)關(guān)系；

最后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器204將該信號v5經(jīng)過a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出關(guān)于θ的角度信號。

在本實(shí)施例中，針對單極旋轉(zhuǎn)變壓器在四框架光電吊艙中的使用特點(diǎn)，利用sinθ≈θ的特性，從低頻濾波信號分離出直流信號分量，并由此提供一種使用簡單的模擬乘法器和低通濾波器的方法代替復(fù)雜的閉環(huán)跟蹤角度解調(diào)的技術(shù)方案，角度解調(diào)的原理簡單可靠，使得本實(shí)施例針對處于小角度的情況下的旋轉(zhuǎn)變壓器可確定較準(zhǔn)確的角度數(shù)據(jù)。當(dāng)然可以理解的是，當(dāng)單極旋轉(zhuǎn)變壓器處于其他的應(yīng)用場景下時(shí)，可以將sinθ轉(zhuǎn)換為其他類型的直流分量，例如：m·θ或θ+n（其中m、n為常數(shù)）等等，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍，處于篇幅的原因，在此不加以贅述。

參見圖4示出的是本發(fā)明一實(shí)施例的用于單極旋轉(zhuǎn)變壓器的角度解調(diào)的方法流程圖，如圖4所示，該方法包括：

步驟301：將激磁信號和正弦輸出信號執(zhí)行相乘作用以輸出相乘增益信號；

步驟302：從相乘增益信號中篩選直流信號分量；

步驟303：模數(shù)轉(zhuǎn)換直流信號分量來輸出單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度。

作為進(jìn)一步的優(yōu)化和公開，步驟302包括：濾波相乘增益信號以將相乘增益信號轉(zhuǎn)換為低頻濾波信號；從低頻濾波信號中確定直流信號分量。以及在從低頻濾波信號中確定直流信號分量之后還包括：將直流信號分量調(diào)理到符合模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號輸入要求。

本發(fā)明實(shí)施例方法中的各個(gè)步驟可以由不同的特定電子元器件分別執(zhí)行，也可以是由電子元器件執(zhí)行多個(gè)步驟，在此不加以限定。應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例方法的產(chǎn)品或裝置可以替換現(xiàn)有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器模塊的一部分或全部的功能。本發(fā)明實(shí)施例方法尤其適合用于解調(diào)設(shè)置在四框架光電吊艙系統(tǒng)中的單極旋轉(zhuǎn)變壓器的軸角角度。

關(guān)于本實(shí)施例更多的細(xì)節(jié)、包含更具體的技術(shù)方案及技術(shù)效果，在不沖突的情況下，都可以參照上文其他實(shí)施例的描述，故在此不加以贅述。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明例的可選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明實(shí)施例并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明實(shí)施例對各種可能的組合方式不再另行說明。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序存儲在一個(gè)存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一個(gè)（可以是單片機(jī)，芯片等）或處理器（processor）執(zhí)行本申請各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器（rom，read-onlymemory）、隨機(jī)存取存儲器（ram，randomaccessmemory）、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

此外，本發(fā)明實(shí)施例的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明實(shí)施例的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明實(shí)施例所公開的內(nèi)容。