一種感應同步器測角接口板卡的製作方法
2023-04-28 11:36:01
專利名稱：一種感應同步器測角接口板卡的製作方法
技術領域：
本發明涉及感應同步器測角技術領域，尤其涉及一種感應同步器測角接口板卡。
背景技術：
在轉臺、雷達、天線控制等伺服控制系統中，高精度角度測量是實現精確位置控制 的前提。感應同步器作為一種檢測機械轉角和位移的電磁感應式傳感元件，具有測量精度 高、運行速度快、工作穩定可靠等優點。同時，由於依靠電磁感應工作，沒有摩擦的影響，使 用壽命幾乎可以無限長，並且對環境溫度、溼度、油汙等狀況無特殊要求，因此在航空、航 天、軍事和工業生產中有廣泛的應用。近年來，隨著微處理器的廣泛應用，感應同步器測角系統不僅在硬體電路上得到 了很大的簡化、提高了測角系統的抗幹擾性及可靠性，而且大大豐富了測角系統的功能，進 一步提高了測量的精度。感應同步器測角系統輸出採取並行/串行數據輸出兩種形式。其 中，串行數據輸出形式接線簡單，但傳輸速率較慢。因此，伺服控制系統中大多採用並行數 據輸出的形式。在伺服控制系統中，特別是多軸伺服系統中，控制器大多採用工控機。工控機具有 以下優點實時在線檢測與控制能力強，實時性高；在複雜的工業環境下能長時間連續可 靠運行；具有很強的輸入\輸出功能，能夠與工業現場各種檢測儀表和控制裝置相連接完 成各種測量控制任務；應用軟體極為豐富，簡潔、方便。基於上述優點，工控機在多軸伺服控 制系統中得到了廣泛應用。工控機可通過數字I/O接口卡接收感應同步器測角系統輸出的 並行數據，但這種方式可能因並行數據線過長引起串擾。解決上述問題最直接的方法是研製感應同步器測角接口卡。目前，尚沒有此類專 門應用於感應同步器測角的接口卡，也未見有相關文獻或專利公開。因此，研製感應同步器 測角PCI板卡具有重要的現實意義和應用潛力。
發明內容
本發明的目的是為了解決在伺服控制系統中，同時實現高精度角度測量以及感應 同步器測角系統與工控機之間的數據傳輸問題，提出一種新的感應同步器測角接口板卡。本發明所採用的技術方案如下一種感應同步器測角接口板卡，包括感應同步器勵磁模塊、感應同步器前置放大 模塊、採樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源。優選的，還包括一個濾波及放大模 塊。其中，所述感應同步器勵磁模塊用於產生激勵感應同步器的勵磁信號。本發明中， 採用正弦波作為勵磁信號，並採用單相勵磁、雙相輸出的鑑幅方式。所述感應同步器前置放大模塊用於將正餘弦兩路信號放大成伏級信號。由於感 應同步器同時輸出毫伏級正弦和餘弦信號，因此必須通過前置放大將毫伏級信號放大成伏 級信號，並對正、餘弦信號的幅度進行調節，使二者的大小相等且在模數轉換器的輸入範圍內。優選的，可將放大後獲得的伏級信號直接通過濾波及放大模塊進一步放大及濾波處理， 從而達到同樣目的。所述採樣及角度解算模塊用於對經過前置放大處理後的正餘弦信號進行同步峰 值採樣，並經解反三角函數得到機械角度。所述PCI總線接口模塊選用PCI總線橋接晶片(例如PCI9052)，所選晶片要求能 夠實現符合PCI總線協議V2. U33MHz主頻、32位數據寬度的PCI總線接口，並具有132MB/ s的數據傳輸能力。同時，為橋接晶片連接一個數據存儲器，用於存儲板卡設備號、製造商 號、子設備號、子製造商號、中斷號、設備類型號、局部空間基地址、局部空間大小及映射類 型、局部空間描述、片選響應、中斷控制和狀態以及局部響應控制等信息。所述電源要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓，用於解決工控機內置電源功率 不足的問題。上述組成部分的連接關係如下感應同步器勵磁模塊輸出端同外部的感應同步器的勵磁輸入相連。感應同步器的 輸出端與感應同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應同步器前置放大模塊的輸出端與採 樣及角度解算模塊的輸入端相連。採樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的 橋接晶片相連。橋接晶片的輸出通過PCI總線與外部的工控機相連。電源分別同上述組成 模塊相連。本接口板卡的工作過程如下首先，感應同步器勵磁模塊產生正弦勵磁信號。之後，將該信號送感應同步器。感 應同步器輸出毫伏級正弦及餘弦信號。此毫伏級正弦及餘弦信號經過感應同步器前置放大 模塊，被放大成伏級信號，並對正、餘弦信號的幅度進行調節，使二者的大小相等且在模數 轉換器的輸入範圍內。之後，伏級信號經過採樣及角度解算模塊進行峰值採樣及解算，得到 感應同步器轉過的機械角度。最後，PCI總線接口模塊把得到的角度數據通過PCI總線傳 輸給工控機。有益效果本發明對比現有技術，具有以下優點感應同步器勵磁的正弦信號由2KHz的方波經過整形濾波後得到2KHz正弦波，所 產生的正弦波高次諧波少，波形準確。通過PCI總線，接口板卡可以方便地與工控機相互連 接，節省了空間、抗幹擾能力強。
圖1為本發明具體實施方式
中接口卡的總體框架結構示意圖；圖2為本發明具體實施方式
中前置放大模塊的電路圖；圖3為峰值採樣脈衝生成示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步詳實說明。一種感應同步器測角接口板卡，其結構組成如圖1所示，包括感應同步器勵磁模 塊、感應同步器前置放大模塊、採樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊、濾波及放大模塊和5電源。(一 )感應同步器勵磁模塊用於產生激勵感應同步器的勵磁信號。包括邏輯電路、正弦波生成電路和濾波放大電路。其中，邏輯電路的方波輸出端與正弦波生成電路的輸入相連，正弦波生成電路的 輸出連接到濾波放大電路的輸入端。( 二)感應同步器前置放大模塊用於正餘弦兩路信號放大成-10 IOV的伏級 模擬信號。如圖2所示，包括差分放大電路、濾波電路和跟隨電路。其中，差分放大電路的輸入與感應同步器的輸出端相連；差分放大電路的輸出端 與濾波電路的輸入端相連；濾波電路的輸出端與跟隨電路的輸入端相連；跟隨電路的輸出 端與濾波及放大模塊的輸入端相連。所述差分放大電路可用雙通道儀表放大器實現(如採用IN2U8型放大晶片)；濾 波電路分為低通二階濾波和高通二階濾波兩部分，其放大倍數均為1倍。優選的，濾波電路 中所採用的濾波器為壓控二階正反饋濾波器，能夠使正弦波在截止頻率處沒有衰減。(三)採樣及角度解算模塊包括處理器、採樣脈衝生成器和模數轉換器。其中，採樣脈衝生成器同濾波及放大模塊感應同步器勵磁模塊的邏輯電路採樣脈 衝輸出端、濾波及放大模塊的輸出端分別相連，採樣脈衝生成器的輸出端連接到模數轉換 器上，模數轉換器的輸出數據端連接到處理器數據輸入端。採樣脈衝生成器通過採用74HC161計數器組成的計數系統產生同步峰值採樣信 號，且同步採樣脈衝信號產生的時刻及脈衝寬度可以進行調節。模數轉換器用於對峰值點 電壓進行轉換，隨後由處理器讀取並解算出角度值。如圖3所示。(四)PCI總線接口模塊包括橋接晶片和數據存儲器。PCI總線接口模塊的橋接晶片數據輸入端與採樣及角度解算模塊中處理器數據輸 出相連。PCI總線接口模塊的橋接晶片數據輸出端接到外部的PCI總線上。另外，數據存儲 器與橋接晶片相連。(五)濾波及放大模塊將放大後獲得的伏級信號直接通過濾波及放大模塊進一 步放大及濾波處理。濾波及放大模塊的輸入端與跟隨電路的輸出端相連。濾波及放大模塊的輸出端與 採樣及角度解算模塊的輸入端相連。(六)電源用於解決工控機內置電源功率不足的問題。要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓。電源分別同上述組成模塊相連。本接口板卡的工作過程如下首先，在感應同步器勵磁模塊內，邏輯電路通過分頻等操作產生2KHz及IMHz的方 波信號，其中2KHz信號經過正弦生成波電路整形後，生成2KHz的正弦信號，再經過濾波放 大電路增強驅動能力後，輸入至外部感應同步器進行勵磁；另一路IMHz方波輸入至採樣脈 衝生成器中作為計數脈衝，生成峰值採樣的採樣脈衝並傳輸給模數轉換器。在勵磁的激勵下，感應同步器輸出毫伏級正弦和餘弦信號。毫伏級正、餘弦信號經過感應同步器前置放大模塊，被放大成-10 IOV的伏級模擬信號。之後，把這兩路放大後 的伏級信號經濾波及放大模塊進行二次濾波放大後，輸入至模數轉換器中。此時，模數轉換器根據採樣脈衝對伏級正弦及餘弦信號進行採樣。處理器對採樣 得到的數位訊號進行解算，即，通經過反三角函數運算。由於感應同步器只能分辨出一個極 距內的角度，因此處理器同時要對角度粗位置進行計數得到計數值α，通過反三角運算得 到1°以內的精位置β，α+β即為角位置量，每一最低有效位表示0.0001°，即0.36〃。 α+β即為感應同步器轉過的機械角度。然後，處理器把該角度傳輸給PCI總線接口模塊的橋接晶片，再由橋接晶片通過 PCI總線傳輸給工控機。利用自準直儀(SZY-99)和23面稜體測量得到數據如表1。從表中可看出，測量的 最大誤差為1.3"，精度可達到0.0004°。表1測量角度數據表
權利要求
1. 一種感應同步器測角接口板卡，其特徵在於，包括感應同步器勵磁模塊、感應同步器 前置放大模塊、採樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源；(1)感應同步器勵磁模塊用於產生激勵感應同步器的勵磁信號，採用正弦波作為勵磁信號，並採用單相勵磁、雙 相輸出的鑑幅方式；該模塊包括邏輯電路、正弦波生成電路和濾波放大電路；其中，邏輯電路的方波輸出端 與正弦波生成電路的輸入相連，正弦波生成電路的輸出連接到濾波放大電路的輸入端；(2)感應同步器前置放大模塊用於將正餘弦兩路信號放大成伏級信號，並對正、餘弦信號的幅度進行調節，使二者的 大小相等且在模數轉換器的輸入範圍內；該模塊包括差分放大電路、濾波電路和跟隨電路，其中，差分放大電路的輸入與感應同 步器的輸出端相連；差分放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連；濾波電路的輸出端 與跟隨電路的輸入端相連；跟隨電路的輸出端與濾波及放大模塊的輸入端相連；其中，波電路分為低通二階濾波和高通二階濾波兩部分，其放大倍數均為1倍；(3)採樣及角度解算模塊用於對經過前置放大處理後的正餘弦信號進行同步峰值採樣，並經解反三角函數得到 機械角度；包括處理器、採樣脈衝生成器和模數轉換器，其中，採樣脈衝生成器同濾波及放大模塊 感應同步器勵磁模塊的邏輯電路採樣脈衝輸出端、濾波及放大模塊的輸出端分別相連，採 樣脈衝生成器的輸出端連接到模數轉換器上，模數轉換器的輸出數據端連接到處理器數據 輸入端；(4)PCI總線接口模塊包括橋接晶片和數據存儲器；其中，橋接晶片要求能夠實現符合PCI總線協議V2. l、33MHz主頻、32位數據寬度的 PCI總線接口，並具有132MB/S的數據傳輸能力；橋接晶片連接一個數據存儲器；PCI總線接口模塊的橋接晶片數據輸入端與採樣及角度解算模塊中處理器數據輸出相 連；PCI總線接口模塊的橋接晶片數據輸出端接到外部的PCI總線上；(5)電源要求能夠提供外置士 12V或士 15V電壓；上述組成部分的連接關係如下感應同步器勵磁模塊輸出端同外部的感應同步器的勵磁輸入相連；感應同步器的輸出 端與感應同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應同步器前置放大模塊的輸出端與採樣及 角度解算模塊的輸入端相連；採樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的橋接 晶片相連；橋接晶片的輸出通過PCI總線與外部的工控機相連；電源分別同上述組成模塊 相連；本接口板卡的工作過程如下首先，感應同步器勵磁模塊產生正弦勵磁信號；之後，將該信號送感應同步器；感應同 步器輸出毫伏級正弦及餘弦信號；此毫伏級正弦及餘弦信號經過感應同步器前置放大模 塊，被放大成伏級信號，並對正、餘弦信號的幅度進行調節，使二者的大小相等且在模數轉換器的輸入範圍內；之後，伏級信號經過採樣及角度解算模塊進行峰值採樣及解算，得到感 應同步器轉過的機械角度；最後，PCI總線接口模塊把得到的角度數據通過PCI總線傳輸給 工控機。
2.如權利要求1所述的一種感應同步器測角接口板卡，其特徵在於，包括一個濾波及 放大模塊，濾波及放大模塊的輸入端與跟隨電路的輸出端相連，濾波及放大模塊的輸出端與採樣 及角度解算模塊的輸入端相連；當感應同步器前置放大模塊將正餘弦兩路信號放大成伏級信號後，將伏級信號直接通 過濾波及放大模塊進一步放大及濾波處理。
3.如權利要求1或2所述的一種感應同步器測角接口板卡，其特徵在於，濾波電路中所 採用的濾波器為壓控二階正反饋濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種感應同步器測角接口板卡，包括感應同步器勵磁模塊、感應同步器前置放大模塊、採樣及角度解算模塊、PCI總線接口模塊和電源。感應同步器勵磁模塊輸出端同外部的感應同步器的勵磁輸入相連。感應同步器的輸出端與感應同步器前置放大模塊的輸入端相連，感應同步器前置放大模塊的輸出端與採樣及角度解算模塊的輸入端相連。採樣及角度解算模塊的輸出端與PCI總線接口模塊中的橋接晶片相連。橋接晶片的輸出通過PCI總線與外部的工控機相連。電源分別同上述組成模塊相連。本發明所產生的正弦波高次諧波少，波形準確；通過PCI總線，接口板卡可以方便地與工控機相互連接，節省了空間、抗幹擾能力強。
文檔編號G01B7/30GK102042802SQ20101051620
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者劉向東, 楊大鵬, 賴志林, 陳振 申請人:北京理工大學