專利名稱：電磁角度傳感器的坐標采樣同步于外來時鐘的制作方法
技術領域：
本發明屬于電磁角度傳感器技術領域，應用于機械轉角的測量。
背景技術：
目前，利用電磁原理制造的角度傳感器在各種儀器和設備上有著幾十年的廣泛的應用，感應同步器就是這類部件的典型代表。電磁角度傳感器是采用電磁感應原理為設計基本根據，通過激磁電路對激磁線圈(原線圈)輸入變化電流，使得感應線圈(副線圈)輸出感應電壓，感應電壓大小取決于激磁電流的變化、線圈形狀和激磁線圈與感應線圈的相對位置。主要有兩種電磁感應方式，一種是兩路正交的激磁信號輸入，一路感應電壓信號輸出，利用相位移動量換算出角位移 ’另一種是一路激磁信號輸入，兩路不同位置感應線圈感應的電壓信號輸出，利用它們數值量之比換算出角位置。激磁信號普遍采用高精度的正弦信號，也有的采用方波信號。近十幾年，隨著模數轉換器件性能的提高，后一種已成為主流設計。實現角度測量應包括如下部分電磁角度傳感器、激磁電路、感應電壓放大電路、模數轉換電路、數字處理器和數據處理軟件。為了避免模擬信號長距離傳輸受到干擾，一般將激磁電路、前置放大電路和模數轉換電路盡量靠近傳感器安裝。在數控系統中，需要一個系統時鐘來同步各個部件的運行，本文在后面將采用感應同步器做成的位置測量系統簡稱為位置測量部件。在系統時鐘傳輸給位置測量部件的過程中可能受到暫時干擾，甚至發生暫短的中斷，特別是多軸轉臺上信號要經過導電滑環傳輸，位置測量部件接收的系統時鐘出現問題的概率較大，會影響位置測量部件的正常工作。這是本發明解決的第一個問題。作為位置測量部件，位置測量數據的獲得要同步于控制系統提供的系統時鐘。采用正弦波激磁，采樣頻率與激磁信號頻率存在對應關系，前者變化引起后者變化，則可引起輸出的感應電壓的變化，為了保證測量部件的正常運行和測量精度，信號放大電路需要重新調整。為了實現采樣頻率在一定范圍內變化時，不引起輸出的感應電壓變化，本發明給出了新的激磁電路設計。
發明內容
為了達到位置測量數據的獲得同步于控制系統的系統時鐘，本發明內容有兩點，第一點是位置測量部件內置一個運行時鐘，此時鐘實時同步于傳過來的有效的系統時鐘信號，當傳過來的系統時鐘信號被暫時干擾或者暫短中斷時，運行時鐘繼續保持當前的相位，保證位置測量部件的正常工作。第二點是激磁信號為一路激磁電流強度曲線為間斷的鋸齒形電信號，在保證感應電壓采樣前提下，空閑時間激磁電流為零，以減少熱量產生。改變采樣頻率時只需改變空閑時間段的長短，不改變激磁信號的有效部分，在一定的范圍內，同步于不同頻率的系統時鐘，不會導致非空間位置變化引起的感應電壓的變化，無需再調整前置放大電路，從而也不會因電路的重新調整引起測量精度的變化。要解決的技術問題位置測量部件收到外來的正常的系統時鐘時，內置運行時鐘要與其同步，當外來的系統時鐘受到暫時干擾或者暫時中斷時 ，內置運行時鐘繼續保持當前的相位，保證測量部件的正常工作。第一個要解決的問題是系統時鐘同步運行時鐘的邏輯電路。第二個要解決的問題是設計制造基于間斷激磁信號的位置編碼硬件電路和數據處理軟件。技術方案位置測量部件在控制系統傳給的系統時鐘方波信號的每個上升沿時刻要完成一次位置測量。系統時鐘方波信號的周期是穩定的，位置測量部件應能檢測到系統時鐘相鄰兩個上升沿之間的時鐘周期，當受到干擾時，在信號上出現附加的上升沿，使得相鄰兩個上升沿之間的時間將不等于時鐘周期，在系統時鐘暫時中斷的情況下，也檢測不到正確的時鐘周期。利用這一點可以檢測接收到的系統時鐘是否有效，為了提高可靠性，可以連續檢測到N個系統時鐘的正確的上升沿后，才發出一個同步脈沖來同步運行時鐘。參看圖1，位置測量部件內置一個基本時鐘，此時鐘方波信號的頻率較高，一般為幾十兆赫茲，一路送給運行時鐘生成電路，產生運行時鐘，運行時鐘要與系統時鐘頻率相等，一般為幾千赫茲。基本時鐘的另一路送給系統時鐘檢測電路，檢測外來系統時鐘相鄰兩個上升沿之間的間隔時間，連續N次檢測到正確的間隔時間后發出一個脈沖去同步運行時鐘，檢測到不正確的時間間隔時不發出同步脈沖，說明接受的系統時鐘出現問題，位置測量部件將繼續按照當前的運行時鐘運行。以下說明采用電流強度曲線為間斷的鋸齒形信號激磁的測量工作原理。感應同步器上的激磁線圈在平面360°內形成均勻分布的2N個磁極，相鄰兩個磁極為一個對極，當激磁線圈通入變化電流時，在360°內形成N個周期的變化磁場(也稱為磁鏈)，在兩個感應線圈上將產生感應電壓。參看圖2，當通入電流強度曲線為間斷的鋸齒形信號時，線圈相對靜止情況下感應出的電壓信號為方波，放大后，在時刻ti;對感應電壓進行模數轉換，記兩個感應線圈上采得的感應電壓數據分別為Ds和Dc，由于兩個感應線圈空間位置的區別，它們相對于轉角的數值曲線有固定的相位差，曲線周期為θ% Θ*等于360°除以N，參看圖3。同一時刻的數據Ds和Dc對應區間內唯一的空間位置，位置計算方法和實現360°范圍內的角度測量方法是比較普及的，在此不做更多的介紹。參看圖2，由于模數轉換器件的速度較快，采樣區間長度只需幾十微秒即可，對于每秒幾千次的米樣頻率，有大量的空閑時間，空閑時間內激磁電流為零可以減少許多功耗，從而減少熱量的產生，對于高精度、采樣頻率低的靜態使用的測量設備是很有益處的。對于本發明采用的激磁信號制成的測量部件，在一定的范圍內，只須改變運行時鐘和空閑時間的長短就能滿足采樣頻率不同的應用場合的需求。改變獲得位置測量數據的頻率是比較方便的。有益效果本發明的有益效果是由于采用本設計的同步電路，當外來的系統時鐘受到干擾或者暫時中斷時，不會影響測量部件的正常工作和向控制系統同步傳輸測量數據。由于采用間斷激磁信號，方便地同步于控制系統提供的系統時鐘信號，減少激磁信號的總體功耗，從而，減少熱量的產生，對于高精度、采樣頻率低的靜態使用的測量設備很有益處。
圖I為運行時鐘同步于系統時鐘邏輯框圖。圖2為激磁信號和感應信號示意圖。圖3為定時電壓采樣數據相對于轉角的曲線示意圖。
權利要求
1.測量部件的運行同步于外來系統時鐘的設計。特征點為收到正確有效的外來系統時鐘時，位置測量部件內置的運行時鐘同步于外來系統時鐘，當外來系統時鐘暫時受到干擾或者發生暫短中斷時，內置的運行時鐘保持當前相位，保證位置測量部件正常運行。
2.激磁電流強度曲線為間斷的鋸齒形的設計。特征點為相對感應電壓的每次采樣， 對應時刻激磁電流強度曲線為一個周期的鋸齒形，其余空閑時間激磁電流強度為零。
全文摘要
本發明是實現電磁角度測量部件測量數據的獲得同步于外來系統時鐘的電路設計，包括時鐘同步和采用間斷激磁信號兩個部分的創新。電磁角度測量部件內置一個運行時鐘，此時鐘實時同步于傳過來的有效的系統時鐘，當傳過來的系統時鐘信號被暫時干擾或者暫短中斷時，運行時鐘繼續保持當前的相位，保證激磁和模數轉換等電路的正常工作。激磁信號為一路激磁電流強度曲線為間斷鋸齒形的電信號，在保證感應電壓采樣前提下，空閑時間激磁電流為零。在一定的范圍內，改變獲得測量數據的頻率時，只需改變空閑時間段的長短，不改變激磁信號的有效部分，使得測量數據的獲得比較方便地同步于不同頻率的系統時鐘。另外，空閑時間激磁電流為零，可以減少熱量產生，對于高精度、采樣頻率低的靜態使用的測量設備很有益處。
文檔編號G01B7/30GK102620646SQ201110128869
公開日2012年8月1日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者不公告發明人 申請人:葛幸華