具有直角坐標—極坐標變換電路的動平衡電測箱的製作方法

2023-07-13 05:04:51

專利名稱:具有直角坐標—極坐標變換電路的動平衡電測箱的製作方法
本實用新型是具有直角座標——極座標變換電路的動平衡電測箱。
動平衡機中不平衡信號ASin(ω1t＋θ)通過乘法、濾波電路後輸出二個互相垂直的分量(直流信號)。在通常情況下，以極座標形式指示不平衡量值和相角較為直觀，因此就必須將上述的直流信號進行處理，即進行直角座標——極座標變換。
目前在動平衡測量中，直角座標——極座標變換，通常是用機電式的光點矢量表來實現的。光點矢量表屬電動式儀表。它有兩組線卷，分別通以兩個互相垂直的分量(直流信號)。當帶有鏡面的線卷轉動時，由鏡面反射的光線即偏轉了一個角度，使落在顯示屏上的光點也移動了一個位置，將兩個相互垂直的分量，變換成極座標指示。
由於光點矢量表的二組線卷參數不可能完全做成一致，因此矢量合成結果會出現與理論值之間的一定的誤差。同時，光點矢量表的相角分度隨量值變化而變化。當量值在0到滿值的10％範圍內，相角每等分刻度為30°；當量值在滿值的10％到20％範圍內，相角每等分刻度為10°；當量值在滿值的20％到60％範圍內，相角每等刻度為5°；當量值在滿值的60％到100％範圍內，相角每等分刻度為2°。另外，矢量瓦特表的成本比較高。
本實用新型的目的是設計一種精度高、成本低具有直角座標——極座標變換電路的動平衡電測箱。
解決本實用新型任務的方法是在動平衡電測箱的變換電路中用正弦波去調製二個互相垂直的分量，然後由「加法器」相加後實現極座標變換。
動平衡機中的不平衡信號ASin(ω1t＋θ)通過電測箱中的乘法、濾波電路後，輸出的是二個互相垂直的分量(直流信號)以Ex和Ey表示，其中Ex＝KAcosθ (1)Ey＝KAsinθ (2)分別是不平衡信號Asin(ω1t＋θ)在x和y二個方向上的分量。當「振蕩器」輸出一個適宜頻率的方波列(設頻率為ω)。經過「波形形成電路」，在它的輸出端輸出一組sinωt與cosωt的波形，分別去調製Ex和Ey信號，得到Exsinωt和Eycosωt二輸出信號。然後，由「加法器」相加後，在「加法器」輸出端將是Exsinωt＋Eycosωt (3)將(1)、(2)代入(3)則K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝＝K′Asin(ωt＋θ) (4)式(4)復現了原來的不平衡信號。在K′Asin(ωt＋θ)式中，保存了不平衡的量值A；同時保存了不平衡信號的相角θ。從而完成了直角座標——極座標的變換。
利用附圖中的實施例。對本實用新型做進一步的說明。
圖1本實用新型的正弦波調製型直角座標——極座標變換電路方框圖。
圖2本實用新型的正弦波調製型直角座標——極座標變換電路原理圖。
圖3(5G7520J)8位D／A轉換器的方框圖。
圖4ROM電路圖圖1和圖2描述了本實用新型的變換電路的工作原理。整個電路由振蕩電路(1)，分頻電路(2)，正、餘弦形成電路(3)，調製電路(4)，極性轉換電路(5)，加法電路(6)等組成。
本實用型的關鍵是調製電路中的8位D／A轉換器(5G7520J)其作用是將直流量Ex、Ey調製成正弦波和餘弦波，經過極性轉換轉換電路在運放G13處輸出K′Acosθsinωt，運放G17處輸出K′Asinθcosωt。然後通過加法電路將這兩個交流信號進行加法運算K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝K′Asin(ωt＋θ)得到的K′Asin(ωt＋θ)信號中，保存了不平衡信號的量值A，同時保存了不平衡信號的相角θ。完成了直角座標－－極座標的轉換。
圖3，介紹了調製電路中的8位D／A轉換電路(5G7520J)圖中∷VR——接參考信號。在本電路中輸入的分別是Ex、Ey。
V0——輸出信號。
LSB——最低電子權位開關MSB——最高電子權位開關該轉換電路包含兩個部分(1)R－2R電阻權碼網絡；(2)電子權位開關。5G7520J有8位電子權位開關可輸入8位數字量，其傳遞關係是V0＝ (N16)/(28) VR(5)N16——5G7520J輸入的8位並行的數字量(N16＝00，01，02，…FE，FF)若N16數字量由前接二片C183(二進位同步加法計數器)8位並行輸出提供。這時輸入一個脈衝序列n10時，「n10——N16——V0」相應關係如表1。
表1脈衝序列n10(10進位表示)順序輸入時，n10——N16——V0關係
顯而易見，5G7520J8位電子權開關位按表1所列順序(n10＝1，2，…255)輸入數字量，在模擬輸出端V0將有一個0，－ 1/256 VR，－ 2/256 VR，…－ 255/256 VR呈線性變化的階梯波形，每一階梯為－ 1/256 VR。
設想數字量n10與N16之間關係不再按表1所列順序進行，而是以某一種編碼，將一組組8位數字量加於5G7520J的電子權位開關，則每個輸出階梯不再是等幅度了，而是隨設計者意圖和需要給出。這樣，5G7520J可被設計者用來作數——模變換的函數發生器，輸出波形與輸入數字量n10成什麼函數關係，取決於數字的編碼。在我們的電路中，為了將VR調製成正弦信號，那麼就必須進行正弦編碼，使V0輸出一正弦信號。5G7520J8位D／A轉換器的精度受最小階梯幅度 1/256 的限制，如果要提高精度可以增加權位數。
用階梯波來描繪正弦波形，如果在1／4周期(其它象限可通過該1／4基本波形來復現)內所取階梯數越多，所得波形也就越接近正弦波，在本電路中取32個階梯，所描繪的波形已比較接近理想。
1／4周期正弦波在5G7520J器件中的數——模轉換關係為V0＝－VRsin〔 ((2n10+1))/64 ×90°〕(n10＝0，1，2，…31) (6)由(5)、(6)式通過運算，求得N16與n10的關係N16＝2°sin〔 (2n10+1)/64 ×90°〕 (7)按n10＝0，1，2，…31逐個代入(2)，(3)式，不難求出對應的N16、V0。
表2正弦編碼時n10－N16－V0關係
注表2中N16由(3)式取整而得。
在1／4周期正弦波的基礎上，通過異或門電路P110、P111以及P114(P115)四雙向模擬開關的工作，就能得到一個完整的正弦波形。
比較表1和表2，N16、V0始終是一一對應關係。區別在n10－N16之間關係是按各自編碼對應。表1中n10－N16是順序編碼的，所以得到一等幅度的階梯波；表2中n10－N16按正弦編碼，所以得到一不等幅階梯組成的正弦波輸出。
如何得到正弦編碼呢？在本電路內是通過C183片與5G7520J之間插入一ROM電路來解決。
圖4就是解決正弦編碼的ROM電路。它有5根地址線，8位並行輸出線，這8位並行輸出線與5G7520J8位電子權位開關一一相接。內主要含地址解碼器，32×8碼點矩陣(ROM體)。n10脈衝按序列(0，1，2，……29，30，31)輸入時，通過C183及ROM內地址解碼器，按順序選出相應的確定的一個字節(一個字節包括8位2進位信息)，這個被選出的字節當片選端Cs為高電平時將被輸出至D0′，D1′……D7′端。
如果在ROM體內按表2n10－N16關係編碼，那麼，在ROM輸入端順序給入數字脈衝時，在ROM輸出端(即5G7520J數字輸入端)將獲得N16為06，13，…等8位數字量，5G7520J的對應輸出V0將是－0.0245VR，－0.0736VR…等模擬量32個脈衝輸入後，完成了1／4正弦波描繪，經過128脈衝輸入後，在ROM電路和5G7520J，極性轉換等電路的配合工作下，完成了一個周期的正弦編碼的數模轉換。
本實用新型和原有的光點矢量表的直角座標——極座標變換的方式相比，克服了原有技術中相角分度隨量值變化的缺點，提高了測量精度經本實用新型變換後輸出的含有不平衡量值和相角的信號，經過一般運放整形後，與基準方波比較進行相角檢測。如果輸入的滿值信號為4V(有效值)，則峰值為5.6V。那麼，當輸入量值為滿值的1％時(峰值為56mV)，假設運放的開環放大倍數為104，則相角誤差不超過1°；當量值為滿值的10％時(峰值560mV)，相角誤差不超過0.1°。而光點矢量表當量值在0到滿值的10％時，相角每等分刻度為30°，如果解析度為 1/2 刻度，則相角讀數最小單位為15°。
本實用新型的另一個優點是和光點矢量表相比成本要低得多。僅是光點矢量表的50％左右。
權利要求
1.具有直角座標-極座標變換電路的動平衡電測箱，其特徵在於變換電路由正、餘弦波形成電路，調製電路，極性轉換電路，加法電路等組成正弦波調製電路。
2.根據權利要求
1所述的電測箱，其特徵在於調製電路由5G7520J8位D／A轉換電路組成。
3.根據權利要求
1或2所述的電測箱，其特徵在於正、餘弦形成電路由ROM電路組成。
專利摘要
本實用新型是用於動平衡電測箱中的正弦波調製型直角坐標—極坐標變換電路。本實用新型用正、餘弦波形成電路，調製電路、極性轉換電路、加法電路等組成的正弦波調製電路來實現直角坐標—極坐標的變換。
文檔編號G01M1/00GK86200563SQ86200563
公開日1987年1月14日 申請日期1986年2月26日
發明者王紀珍 申請人:上海試驗機廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan