一種輸出pwm波的數字式位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種輸出PWM波的數字式位移傳感器,包括包括正交勵磁電源單元、正交定子繞組、次級正交轉子以及脈沖寬度調制單元;正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子;正交勵磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對正交勵磁電壓;正交定子繞組在次級正交轉子上產生感應電壓;次級正交轉子上的感應電壓通過脈沖寬度調制單元輸出PWM波形。這樣的設計相比現有技術中的單相勵磁,可以不經過A/D轉換器,就能夠直接得到位移的數字量,并且精度高且電路更加簡單/成本更低,而且線性區間可達到0至360°,大大優于現有技術的0至60°的測量區間近似線性模擬量的電壓輸出性能。
【專利說明】一種輸出PWM波的數字式位移傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于傳感【技術領域】。
【背景技術】
[0002]發電機控制根據控制對象的特性及控制目標的要求,需測量某些對象的機械位移或轉動角度來實現閉環控制。如水輪發電機組導葉接力器位移、風力發電機組變槳控制機構的槳葉接力器位移或旋轉角度。常規位移傳感器基本是模擬式的,如直線位置線性電位計,模擬式解析器等,其輸出信號是直流電壓或直流電流,要經過A/D變換器轉換成數字量,且在響應速度、檢測精度、穩定性方面存在著一些缺陷。
【發明內容】
[0003]發明目的:本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種輸出PWM波的數字式位移傳感器,使得位移傳感器的精度更高、響應速度更快、穩定性更高并且不需要經過A/D轉換電路轉換。
[0004]技術方案:為了實現發明目的,本實用新型公開了一種輸出PWM波的數字式位移傳感器,包括包括正交勵磁電源單元、正交定子繞組、次級正交轉子以及脈沖寬度調制單元;正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子;正交勵磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對正交勵磁電壓;正交定子繞組在次級正交轉子上產生感應電壓;次級正交轉子上的感應電壓通過脈沖寬度調制單元輸出PWM波形。這樣的設計相比現有技術中的單相勵磁,可以不經過A/D轉換器,就能夠直接得到位移的數字量,并且精度高且電路更加簡單/成本更低,而且線性區間可達到0至360°,大大優于現有技術的0至60°的測量區間近似線性模擬量的電壓輸出性能。
[0005]所述的正交勵磁電源單元包括計數器、D觸發器、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放、RC網絡構成的二階有源帶通濾波器,其中心頻率f0=25Hz,品質因數Q等于10 ;計數器產生方波經D觸發器分頻、移相產生兩路方波,兩路方波相差1/4個周期;兩路方波分別經過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產生一對正交勵磁電壓輸出。
[0006]所述的脈沖寬度調制單元包括濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器、RS觸發器以及計數器;其中濾波器采用由集成運放、RC網絡構成二階有源低通濾波器,其截止頻率&取80Hz。品質因數Q取0.1 ;正弦正交勵磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的S端;次級正交轉子上的感應電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的R端;RS觸發器的輸出端輸出PWM波形。
[0007]有益效果:本實用新型與現有技術相比,可以不經過A/D轉換器,就能夠直接得到位移的數字量,并且精度高且電路更加簡單/成本更低,而且線性區間可達到0至360°,大大優于現有技術的0至60°的測量區間近似線性模擬量的電壓輸出性能。【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本實用新型的數字式位移傳感器的構造圖;
圖2為本實用新型的數字式位移傳感器的正交勵磁電源單元;
圖3為本實用新型的數字式位移傳感器的脈沖寬度調制單元。
【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0009]如圖1所示,本實用新型的數字式位移傳感器包括正交定子繞組1、次級正交轉子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接入一對正交勵磁電源,其中第一正交定子11接入第一正交勵磁電源U1=Asin cot,第二正交定子12接入第二正交勵磁電源U2=Acoscot ;次級正交轉子2產生感應電壓U3=KAsincotcos 0+KAcoscotsin 0 ,其中0為對應機械位移轉換的旋轉變壓器的旋轉角度,K為定子和轉子繞組變比;將感應信號通過相應電路變換得到PWM (脈沖寬度調制)信號,再通過計數器的時鐘對其脈沖寬度進行計數換算成對象的機械位移或旋轉角度。由此可見,這樣構造的數字式位移傳感器不需經A/D變換器,可直接得到位移的數字量,精度高,成本低,線性區間可達0?360°,大大優于常規旋轉變壓器在60°的測量區間近似線性模擬量電壓輸出的性能。它是一個快速的數字隨動系統,屬于無靜差系統,對提高控制對象的性能起著非常重要的作用。
[0010]如圖2所示,本實用新型的一對正交勵磁電源的正交勵磁電源單元可包括計數器、D觸發器、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放、RC網絡構成的二階有源帶通濾波器,其中心頻率&=25取,品質因數Q等于10 ;計數器產生方波經D觸發器分頻、移相產生兩路方波,兩路方波相差1/4個周期;兩路方波分別經過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產生一對正交勵磁電壓輸出,分別為第一正交勵磁電源U1=Asinwt和第二正交勵磁電源u2=Acoswt。
[0011]如圖3所示,本實用新型的脈沖寬度調制單元可采用如下結構,其包括濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器、RS觸發器以及計數器;第一路引入第一正交定子11的第一正交勵磁電源U1=Asin w t,第二路引入次級正交轉子2的感應電壓U3=KAsin w tcos 0 +KAcos w tsin 0 ;其中濾波器采用由集成運放、RC網絡構成二階有源低通濾波器,其截止頻率取80Hz。品質因數Q取0.1 ;第一正交勵磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的S端;次級正交轉子上的感應電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的R端;RS觸發器的輸出端輸出PWM波形;計數器通過時鐘對其脈沖寬度進行計數,計算機讀取后可換算成對象的機械位移或旋轉角度。其中,單穩態觸發器采用MC14490防抖動電路的靜態移位功能與邏輯電路實現的。MC14490含有4位靜態移相寄存器及時鐘電路,其高電平輸出信號的上升沿延時4個時鐘周期,時鐘周值期由外接電容容量決定。通過調整外接電路電容,可控制單穩脈沖的寬度。靜態移位寄存器輸出和其延時前的輸入信號經邏輯與電路形成觸發脈沖。
【權利要求】
1.一種數字式位移傳感器,其特征在于,包括正交勵磁電源單元、正交定子繞組、次級正交轉子以及脈沖寬度調制單元; 正交定子繞組包括第一正交定子和第二正交定子; 正交勵磁電源單元在第一正交定子和第二正交定子上形成一對正交勵磁電壓; 正交定子繞組在次級正交轉子上產生感應電壓; 次級正交轉子上的感應電壓通過脈沖寬度調制單元輸出PWM波形。
2.如權利要求1所述的一種數字式位移傳感器,其特征在于,正交勵磁電源單元包括計數器、D觸發器、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放、RC網絡構成的二階有源帶通濾波器; 計數器產生方波經D觸發器分頻、移相產生兩路方波,兩路方波相差1/4個周期;兩路方波分別經過光電隔離、帶通濾波器以及功率放大器產生一對正交勵磁電壓輸出。
3.如權利要求2所述的一種數字式位移傳感器,其特征在于,所述的由集成運放、RC網絡構成的二階有源帶通濾波器取中心頻率&=25取,品質因數Q等于10。
4.如權利要求1所述的一種數字式位移傳感器,其特征在于,脈沖寬度調制單元包括濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器、RS觸發器以及計數器; 其中濾波器采用由集成運放、RC網絡構成二階有源低通濾波器; 正弦正交勵磁電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的S端; 次級正交轉子上的感應電壓通過濾波器、放大器、比較器、單穩態觸發器形成方波輸出到RS觸發器的R端; RS觸發器的輸出端輸出PWM波形。
5.如權利要求4所述的一種數字式位移傳感器,其特征在于,所述的由集成運放、RC網絡構成的二階有源低通濾波器其截止頻率fo取80Hz、品質因數Q取0.1。
【文檔編號】G01B7/06GK203405171SQ201320438987
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月23日 優先權日:2013年7月23日
【發明者】高文, 邵宜祥, 葛東平, 郭崇 申請人:國電南瑞科技股份有限公司