[发明专利]一种旋转变压器信号－数字转换方法

说明书

技术领域

本发明是属于传感器测量技术领域，特别是一种旋转变压器信号-数字转换方法。

背景技术

旋转变压器是一种输出信号电压随转子转角变化的角度传感器，它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输。当参考绕组被一定频率的交流电压励磁时，正、余弦绕组的输出电压Vs、Vc与转子的转角θ成正弦、余弦函数关系，关系式如下：

Vs＝KEoSinωt Sinθ

Vc＝KEoSinωt Cosθ

其中，EoSinωt为交流参考信号，K为常数。

旋转变压器作为轴角位移测量元件，具有精度高、结构简单，抗干扰能力强，主要用于环境恶劣而精度要求高的场合，同其它角度传感器相比，旋转变压器用于角度测量具有明显的优势。

1、从性能上看：由于旋转变压器内部没有任何电子元件，它的抗振性、耐温性、抗腐蚀性、抗灰尘及油污及抗干扰性等方面都具有很好的性能，能适应任何环境的使用要求，具有极高的可靠性。而光电式、光栅式、磁电式传感器内部集成了很多电子元器件，容易受振动、温度、腐蚀性气体、灰尘及油污以及光源的寿命影响，其抗干扰性能也不如旋转变压器。

2、从使用上看：用旋转变压器组成的轴角测量系统，具有工作范围宽，能够直接传递360°圆周角的位移信息，而且在远距离传输信息时无需机械联系。安装尺寸选择空间大，可以从直径20mm～200mm都有，并且外形尺寸不受分辨率的影响；传感器与数据处理部分之间连接方便，只需6条连线。

旋转变压器作为轴角测量元件，为自动控制系统提供高可靠、高精度的位置、位移信息传感。由于旋转变压器输出的是一种交流调制信号，在工业控制中，常需要把旋转变压器信号转换成数字角度信号，再提供给计算机处理。目前有专用的R/D转换器可实现模/数转换与角度解算功能，但成本较高，并且只能完成单一通道、单一频率的旋转变压器信号-数字转换，当需要同时完成多个通道、多种频率的旋转变压器信号-数字转换时，采用这种方法将会使整个测量系统的成本、体积随着通道数与信号频率种类的增加而增加，不利于工业测量与控制领域的推广使用，降低了产品的性价比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有方法的不足，提出一种体积小、成本低、多通道、多频率的旋转变压器信号-数字转换方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种旋转变压器信号-数字转换方法，其特点是，它同时对若干个通道的旋转变压器信号进行数字化处理，再通过DSP数字信号处理器解算的方法，把旋转变压器输出的正、余弦调制信号Vs、Vc转换成二进制数字角度信号；

它由信号调理电路、数字积分器、时钟振荡器和DSP数字信号处理器组成；

每个旋转变压器通道与一个信号调理电路联接，每个信号调理电路包含两个A/D转换器和一个过零检测器，两个A/D转换器分别将一个旋转变压器通道输出的正、余弦调制信号Vs、Vc转换成串行的正、余弦数字信号SDs、SDc，同时输出一个串行移位时钟SCLK；过零检测器将该通道的交流参考信号EoSinωt转换成同频率的数字参考信号FCLK并输出；

时钟振荡器产生一个主时钟信号MCLK，提供给每个信号调理电路中的A/D转换器使用，控制A/D转换器的时序和转换后串行数据的输出；

每个信号调理电路与一个数字积分器联接，每个数字积分器由两个移位寄存器、两个数字累加器、两个锁存器和一个地址译码器组成，两个移位寄存器在输入的串行移位时钟SCLK的控制下，分别将串行输入的正、余弦数字信号SDs、SDc转换成并行正、余弦数字信号PDs、PDc，然后分别送入两个数字累加器，数字累加器在输入的数字参考信号FCLK的控制下，将一个周期内的并行正、余弦数字信号PDs、PDc进行累加，累加结果在锁存信号的控制下送入锁存器，即是正、余弦信号的电压有效值Vsin、Vcos；

DSP数字信号处理器通过数据/地址总线与数字积分器联接，DSP数字信号处理器通过地址总线送出地址信号，经地址译码器译码，产生片选信号，分别使能各通道的锁存器，然后通过数据总线读取各通道锁存器上的正、余弦信号电压有效值Vsin、Vcos，再调用DSP数字信号处理器的反正切函数库，通过公式：θ＝arctanVsin/Vcos，计算得到各通道的数字角度θ。

在本发明旋转变压器信号-数字转换方法中，旋转变压器通道个数可以为若干个，优选2-12个。每个通道的旋转变压器的频率可以是相同的，也可以是不同的，其频率范围优选50-5000Hz。