一種感應同步器數顯位移測量方法
2023-06-06 04:58:56 1
專利名稱:一種感應同步器數顯位移測量方法
技術領域:
本發明涉及一種以感應同步器作為傳感器的精密位移測量方法。更具體的說,是一種在提高測量細分精度的同時,也提高其相對速度上限及簡化電路結構的新方法。
在鑑幅型感應同步器數顯表中,對滑尺與定尺的相對移動信號X及其所代表的機械位移角θ機=2πX/T的檢測,是由激磁電流I的電氣相位角θ電對θ機的跟蹤來實現的。跟蹤誤差△=θ電-θ機可通過定尺上感應電勢ef=KEmSin(θ電-θ機)Sinωt反映出來,對θ機進行修正,使ef→0,則△→0;即實現了θ電對θ機的跟蹤。此過程見
圖1。
所有不同型號的鑑幅型感應同步器數顯表,其主要差別在於對Sinωt的調製過程處理和對修正因子Km實現修正θ的方法不同。常用的有函數變壓器式(如湖濱儀器廠生產的SF19型)及脈衝調寬型(如上海工具機電器廠的ST2型),利用勵磁電流進行調製,而修正電氣角θ往往都由V/F變換器發出的修正脈衝數△n代表△θ來實現θ=θ+△θ。目前常用的脈衝調寬型數顯表工作過程可由圖2說明。
上述方法缺點在於,偏差信號ef越小時,由挖補方式修正脈寬n的過程越慢,而當滑尺移動太快時,挖補過程不夠快而丟失信息,使脈衝修正失敗,產生粗誤差(至少差一個節距)。
本發明利用微處理機CPU對A/D轉換後偏差信號的波形及幅值,經計算後直接修正電氣角θ,這樣的修正是由CPU進行一次加(減)運算實現的,而不是前述的對修正脈衝一個一個地計數來實現。這樣修正過程快,過程可由圖3說明。
為了在提高容許速度上限的同時,又提高解析度,對偏差信號ef採用放大倍數K為對數特性的交流放大器。這樣在小信號時的放大率KL遠大於大信號時的放大率KH,見圖4。這樣,系統在小偏差信號時,由於放大倍數KL足夠大而仍有足夠精度,而大偏差信號時,輸出信號ef不會超出A/D轉換允許範圍,高速移動滑尺,產生的大偏差信號ef仍能維持A/D轉換正常工作。這樣的非線性放大係數環節在CPU對A/D結果進行反對數運算後,仍恢復了整個系統的線性,實現了高速和高精度兩個優點共存的目標。
在上述構思的基礎上,本發明進一步利用CPU及A/D轉換器的結合,省去較昂貴複雜的對數特性交流放大器,仍採用線性運算放大器,對信號作大倍率K限幅放大,限幅值Um仍在A/D允許輸入範圍內,見圖5。此放大器在小信號時作高倍率放大,而在大信號時將限幅值Um送至A/D轉換器,根據公式UpSin[(π-B)/2]=Um得到Up=Um/Sin[(π-B)/2]式中寬度B是A/D轉換結果經CPU計算後所得(為一時間差);
Up是大偏差信號ef的幅值。
這樣,用限幅的線性運算放大器代替對數特性運算放大器,藉助A/D轉換器及CPU的靈活運算處理能力,仍然可以實現感應同步器位移測量的高解析度和高速度的統一。
感應同步器鑑幅式數顯電路在滑尺繞組激勵電流的一個周期內,只能獲得一次關於偏差峰值的信息,只能做一次修正處理,而且一次修正量絕不能超過一個節距,這就意味著在一個周期內移動超過一個節距,就會使修正錯誤,產生粗誤差。
本發明在上述方法的基礎上,採用了如圖6所示的激勵頻率變換電路,在保證了測量精度的同時,再進一步提高了移動速度的允許上限。
微處理器CPU根據A/D轉換結果修正電氣角θ電,若A/D結果U<Um,則CPU將發出指令使基頻f=2πω=fo/(n1*n2)降低激勵頻率,提高脈寬細分度,即提高修正精度;
若連續m個周期內,限幅寬度B大於預定值B1,則認定是高速運動,CPU將發出指令使基頻f=fo/n1這樣,激勵波形周期變小,修正頻率加快,提高了跟蹤速度。軟體框圖見圖7。
m取值範圍為3~10;
對fo分頻數為n1時,可使修正頻率比分頻數為n1*n2時提高n2倍,而對fo分頻數為n1*n2時,可使脈寬細分度比分頻數為n1時提高n2倍。因此,能夠適應實際應用場合的不同要求。
圖1.鑑幅型感應同步器數顯表工作過程。
其中T-感應同步器線圈節距ω-勵磁角頻率Km-修正係數圖2.脈衝調寬型數顯表工作過程.
圖3.本發明感應同步器數顯裝置工作過程.
圖4a.輸出信號U不會超出A/D轉換允許輸入範圍UH.
圖4b.偏差信號ef的放大係數K呈對數特性變化.
圖5.線性放大器將大偏差信號作限幅放大.
其中Up-大偏差信號幅值B-限幅波頂平臺寬度2π-滑尺繞組激勵電流一周期的相位值圖6.本發明自適應方式的激勵頻率變換電路的邏輯框圖.
圖7.本發明自適應方式的激勵頻率變換軟體框圖.
其中R-連續產生限幅的周期數D-控制分頻數為n1或n1n2的寄存器位D=0,分頻數為n1n2D=1,分頻數為n1fo-晶體振蕩器的振蕩頻率
權利要求
1.一種在感應同步器數顯位移測量中提高電氣角對機械位移角跟蹤能力的方法,其特徵在於是通過採用自適應激勵電流基頻變化的方法來實現的。
2.如權利要求1所述的自適應激勵電流基頻變化的位移測量方法,其特徵在於對限幅次數m的取值為3~10。
3.如權利要求1所述的自適應激勵電流基頻變化的位移測量方法,其特徵在於對偏差信號ef採用較高放大倍數的線性放大器來有意識地進行限幅放大,限幅值為A/D轉換範圍的90%至100%。
4.如權利要求3所述的限幅放大器,其特徵在於對限幅放大器的輸出波形進行連續採樣且A/D轉換,限幅時利用波形頂部限幅的寬度B和激勵周期2π,通過計算提取原偏差信號的峰值Up,產生修正信號△θ,未產生限幅時,仍同於普通線性放大器。
全文摘要
一種以感應同步器作為傳感器的精密位移測量方法,可以在提高測量細分精度的同時,也提高其相對速度上限及簡化電路結構的新方法。通過採用限幅放大器和自適應激勵電流基頻變化的方法來提高電氣角對機械位移角的跟蹤能力。
文檔編號G01B7/02GK1083585SQ92109629
公開日1994年3月9日 申請日期1992年9月2日 優先權日1992年9月2日
發明者陸啟湘 申請人:陸啟湘