CN106841988B - 一种旋变解码芯片故障检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转变压器解码芯片故障检测仪及检测方法，包括激磁模块、旋转变压器、芯片检测接口模块、角度解算控制模块、显示模块、电源模块。激磁模块为旋转变压器和芯片检测接口模块提供角度检测基准信号；旋转变压器提供角度测量输入信号；芯片检测接口模块提供检测芯片的安装基座以及芯片外围电路；角度解算控制模块控制角度解算芯片采集旋转变压器的输出信号，并将结果通过显示模块显示出来；电源模块为检测仪提供检测所需的各路电压信号。本发明解决了旋转变压器角度解算芯片焊接前的检测问题：不需要人工观测检测数据，检测结果自动给出；可同时检测数个角度解算芯片，提高了检测效率；自带旋转变压器，不需外接其他设备；体积小，方便易携带。

Description

一种旋变解码芯片故障检测仪及检测方法

技术领域

本发明属于电子控制领域，主要涉及一种旋变解码芯片故障检测仪及检测方法，尤其涉及一种采用比较法的旋变角度解码芯片故障检测系统。

背景技术

旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角度，它由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。为了提高测量精度，采用双通道旋转变压器。双通道旋转变压器采用单相定子激磁、两相定子感应输出。在激磁绕组加上激磁电压后，在粗轴的定子绕组中感应出正余弦电压，在精轴的定子绕组中也感应出正余弦电压。该两路信号经过适当的精度的相位模数转换就能得出粗级和精极的角度值。

旋变角度解码芯片可以接收旋转变压器转动时，产生的对应于位置转动角度值的正余弦电波形信号，并将之转化为并行数据信号输给信号处理系统，从而将角度信息加入控制系统，进行位置回路的控制。

目前常用的角度解码芯片有AD公司的AD2S80A系列芯片，该芯片的外围电路可进行配置，使用灵活，得到了广泛的应用。但是在芯片焊接前进行高效无损检测是一个有待解决的问题。传统的方法是采用处理器采集旋变解码芯片(R2D)芯片的输出数据，转动旋转变压器观察采集的旋转变压器转动角度信号，如果旋转变压器转动时采集的角度数据连续变化，说明R2D芯片正确输出了旋变的位置信号，R2D芯片良好可以使用。但是这种检测方法效率较低，通过人眼观察旋变的输出数据，容易出现纰漏；而且每次只能对一片R2D芯片进行检测，检测效率较低。

经过检索，申请人得到以下几篇相近对比文件：其中公开号CN202885776U“多级旋变角度检测仪”和公开号CN204271968U“一种基于DSP的旋转变压器数字解码控制电路”的专利文件中，检测对象是旋转变压器，且均只包含一路旋变信号采集通道，没有进行旋变信号检测数据的自动比较处理。公开号CN204142272U“一种角度旋转控制设备的数据检测装置”的专利文件中，只是输出编码器或旋变的数据，并没有对数据进行处理。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提出了一种旋变解码芯片故障检测仪及检测方法，该检测仪采用比较法可以同时自动检测数片R2D芯片，并将检测结果显示，操作简便，使用效率高。

本发明的技术方案为：

所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：包括电源模块、激磁模块、旋转变压器、芯片检测接口模块、角度解算控制模块和显示模块；

所述电源模块为激磁模块、芯片检测接口模块、角度解算控制模块提供供电电源；

所述激磁模块向旋转变压器和芯片检测接口模块提供激励信号；

所述旋转变压器向芯片检测接口模块提供角度信号；

所述芯片检测接口模块包括多个旋变解码芯片插座和对应每个插座的芯片信号调理电路；多个旋变解码芯片插座分为一个标准旋变解码芯片插座和若干检测旋变解码芯片插座；芯片检测接口模块输出芯片解码数据至角度解算控制模块；

所述角度解算控制模块采集标准旋变解码芯片和检测旋变解码芯片的输出数据，并将检测旋变解码芯片的采样信号与标准旋变解码芯片的采样信号进行对比运算，得到检测结果信号；

所述显示模块接收角度解算控制模块的检测结果信号并显示检测结果。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述旋转变压器为无接触式旋转变压器。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述激磁模块包括激励源和功率放大器；激励源输出信号经过功率放大电路放大后输出。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述显示模块由电源指示灯，故障检测结果指示灯和正常检测结果指示灯组成，电源指示灯显示电源模块供电状态，故障检测结果指示灯以及正常检测结果指示灯的个数分别与旋变解码芯片插座个数相同；检测过程中，如果检测结果正常，则正常检测结果指示灯常亮，如果某一旋变解码芯片故障，则对应故障检测结果指示灯亮。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述激励源采用逆变器SIP-H02；功率放大器由功放芯片和外围电路构成，功放芯片采用GF01，外围电路为1:1关系的比例放大电路。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：激磁模块的激励信号和旋转变压器的角度信号通过旋变解码芯片插座输出至旋变解码芯片，芯片信号调理电路对旋变解码芯片进行配置，设置旋变解码芯片的工作带宽。

进一步的优选方案，所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述角度解算控制模块采用DSP控制系统；所述DSP控制系统包括数字信号处理器、驱动缓冲电路；旋变解码芯片输出数据通过驱动缓冲电路输送至数字信号处理器，数字信号处理器通过对比运算产生检测结果信号，并通过驱动缓冲电路输送至显示模块。

所述一种旋变解码芯片故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：选取标准旋变解码芯片连接旋转变压器进行人工标定：转动旋转变压器观测标准旋变解码芯片输出的旋转角度数据，如果输出角度数据平滑连续变化，且采集的电角度值与旋转变压器实际的机械角度值一致，则认为标准旋变解码芯片是正常的，并进入下一步骤，否则重新选取标准旋变解码芯片；

步骤2：将标准旋变解码芯片插入标准旋变解码芯片插座，将待检测的旋变解码芯片插入相应的旋变解码芯片插座中；旋变解码芯片故障检测仪上电，标准旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯点亮；角度解算控制模块进行解算程序初始化，初始化完成后，待检测的旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯点亮；

步骤3：在旋转变压器的机械限定角度内往复转动旋转变压器，当采集的待检测旋变解码芯片输出数据与标准旋变解码芯片输出数据差值在设定阈值内，则待检测旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯常亮，当某一待检测旋变解码芯片输出数据与标准旋变解码芯片输出数据差值超出设定阈值，则该待检测旋变解码芯片对应的故障检测结果指示灯亮。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本发明采用比较法检测旋变解码芯片，通过指示灯直接给出检测结果并显示出来；可以同时检测数个旋变解码芯片,不需要人工观测采样数据，检测时间短、检测效率高；

(二)旋变解码芯片安装在插座上，芯片可插拔，检测时不会对芯片造成损伤；

(三)本检测装置在旋变解码芯片焊接之前进行检测，可以避免因旋变解码芯片故障引起的后继问题。

附图说明

图1为本发明旋变解码芯片故障检测仪的模块结构示意图。

图2为本发明旋变解码芯片故障检测仪的电气工作原理框图。

图3为芯片检测接口模块的组成及原理框图。

图4为角度解算控制模块的组成及原理框图。

图5为显示模块的组成及原理框图。

图6为检测软件包的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例，对本发明做进一步的详述。

本发明的目的是提出一种旋变解码芯片故障检测仪及检测方法，采用比较法同时自动检测数片R2D芯片，并将检测结果显示，操作简便，使用效率高。

如图1所示，旋变解码芯片故障检测仪，包括电源模块、激磁模块、旋转变压器、芯片检测接口模块、角度解算控制模块和显示模块。所述电源模块为激磁模块、芯片检测接口模块、角度解算控制模块提供供电电源。所述激磁模块向旋转变压器和芯片检测接口模块提供激励信号；本实施例中，所述激磁模块包括激励源和功率放大器，所述激励源采用逆变器SIP-H02，SIP-H02由±15V电源供电，功率放大器由功放芯片和外围电路构成，功放芯片采用GF01，外围电路为1:1关系的比例放大电路；所述激励源与功率放大电路相连，激励源输出信号经过功率放大电路放大后输出至旋转变压器和芯片检测接口模块。所述旋转变压器为无接触式旋转变压器，向芯片检测接口模块提供角度信号。所述芯片检测接口模块包括4个旋变解码芯片插座和对应每个插座的芯片信号调理电路，多个旋变解码芯片插座分为一个标准旋变解码芯片插座和若干检测旋变解码芯片插座；激磁模块的激励信号和旋转变压器的角度信号通过旋变解码芯片插座输出至旋变解码芯片，并输出芯片解码数据至角度解算控制模块；芯片信号调理电路对旋变解码芯片进行配置，设置旋变解码芯片的工作带宽。所述角度解算控制模块采用内含测量软件包的DSP控制系统实现，DSP控制系统采集标准旋变解码芯片和检测旋变解码芯片的输出数据，并将检测旋变解码芯片的采样信号与标准旋变解码芯片的采样信号进行对比运算，得到检测结果信号。所述显示模块接收角度解算控制模块的检测结果信号并显示检测结果。

图2为本发明旋变解码芯片故障检测仪的电气工作原理框图。激磁模块产生一定频率和幅值的差分正弦波信号EXC、NEXC，输入至旋转变压器和芯片检测接口模块的输入端。电源模块接收220V输入电压，为激磁模块、芯片检测接口模块和角度解算控制模块提供±15V、±12V和+5V电源电压。角度解算控制模块由TMS320F2812 DSP主控芯片构成，通过CS片选和INHIBIT禁止信号控制芯片检测接口模块，接收数据总线产生的旋变解码芯片角度信号，并将旋变解码芯片的检测结果通过显示模块显示。旋转变压器接收激磁模块产生的差分EXC和NEXC激磁信号，通过旋变绕组产生反映角度变化的SIN、SINL、COS和COSL模拟信号输出至芯片检测接口模块。显示模块由LED发光二极管构成，由角度解算控制模块驱动，将旋变解码芯片的结果直观显示出来。

图3为芯片检测接口模块的组成及原理框图。芯片检测接口模块包括1个标准旋变解码芯片插座，3个检测旋变解码芯片插座以及相应旋变解码芯片的外围调理电路。标准旋变解码芯片放置在标准旋变解码芯片插座上，待检测的旋变解码芯片放置在检测旋变解码芯片插座上。旋变解码芯片的控制信号包括CS和INHIBIT，由角度解算控制模块通过CS和INHIBIT信号控制标准和待检测旋变解码芯片的选通；旋变解码芯片接收激磁模块产生的EXC和NEXC差分正弦激励信号，接收旋转变压器产生的反映角度变化的SIN、SINL、COS、COSL模拟信号；标准和检测旋变解码芯片产生的角度变化信号通过16位数据总线传输至角度解算控制模块。外围电路对旋变解码芯片进行滤波、增益和闭环带宽等设置。

图4为角度解算控制模块的组成及原理框图。所述角度解算控制模块包括数字信号处理器、驱动缓冲电路和二次电源；旋变解码芯片输出数据通过驱动缓冲电路输送至数字信号处理器，数字信号处理器通过对比运算产生检测结果信号，并通过驱动缓冲电路输送至显示模块。二次电源由电源模块供电，产生DSP控制系统需要的+3.3V和+1.9V电压。本实施例中，角度解算控制模块由TI公司的TMS320F2812 DSP做为主控芯片，电平转换芯片74ALVC164245接收旋变解码芯片产生的TTL电平的数据总线信号，转换为3.3V的CMOS信号输给DSP的数据总线；电平转换芯片74ALVC164245接收DSP产生的CMOS电平信号CS和INHIBIT，产生TTL电平的CS和INHIBIT控制R2D芯片的选通；电平转换芯片74ALVC164245接收DSP产生的CMOS电平IO信号，驱动相应的LED检测结果指示灯。

图5为显示模块的组成及原理框图。角度解算控制模块将旋变解码芯片的检测结果通过显示模块进行显示。每个检测旋变解码芯片均对应2种颜色(红色和绿色)的LED指示灯。开始检测时，红色指示灯熄灭，绿色LED指示灯亮。在检测过程中，转动旋转变压器，随着旋变的转动，角度解算控制模块实时采样四个旋变解码芯片的数据，如果某一芯片有故障，则对应红色LED灯亮；如果检测结果正常，则绿色LED灯一直亮。

图6为检测软件包的工作流程图。在DSP控制器上电初始化完成后，检测软件包的程序正常运行。由于旋变是有线的，具有一定的角度转动范围。在一定角度范围内转动旋转变压器，同时采样标准旋变解码芯片和检测旋变解码芯片的数据进行比较，如果3个检测旋变解码芯片的采样数据与标准旋变解码芯片的采样数据始终保持在一定误差范围内，则认为检测旋变解码芯片是正常的；如果有检测旋变解码芯片的采样值与标准旋变解码芯片的值不一致，超出了限定的误差范围，则认为该旋变解码芯片有故障。检测结束后，检测结果通过显示模块的LED指示灯显示。

本实施例可同时检测3个旋变解码芯片，并可照此原理扩充至同时检测十几片旋变解码芯片。检测结束时，检测结果由检测软件包自动计算得出，并将检测结果通过LED指示灯显示。不需要人工观测旋变解码芯片采集的旋变角度数据，避免了繁琐工作，操作简便，检测效率高。

本发明的工作原理和过程如下：在进行检测前，先对标准旋变解码芯片进行标定，确定标准旋变解码芯片状态正常。用调试电脑连接角度解算控制模块，转动旋转变压器，观测标准旋变解码芯片输出的旋转角度数据，如果输出角度数据平滑连续变化，且采集的电角度值与旋变实际的机械角度值一致，则认为标准旋变解码芯片是正常的。然后进行待测旋变解码芯片的检测工作。

将待测旋变解码芯片插入相应的插座中，当旋变解码芯片检测仪上电后，标准旋变解码芯片对应的绿色LED指示灯点亮。角度解算控制模块检测程序的初始化完成后，还没有转动旋变开始检测时，显示面板上3片待测旋变解码芯片对应的LED绿色指示灯亮。在旋变的机械限定角度内转动旋转变压器，往复的进行转动，如果采集的检测旋变解码芯片数据与标准旋变解码芯片数据差值在一定阈值之内，说明待测旋变解码芯片的数据同标准旋变解码芯片保持一致，检测旋变解码芯片是正常的，绿色LED指示灯一直点亮；如果某一检测旋变解码芯片的采样值与标准旋变解码芯片的采样值超出阈值范围，则该检测旋变解码芯片工作不正常，相应的绿色LED指示灯熄灭，红色故障lED灯亮，检测过程完成。整个检测过程只需要转动旋转变压器，旋变解码芯片的检测结果由检测仪自动给出，检测者只需要观察检测仪显示面板的指示灯，如果绿色指示灯亮，说明旋变解码芯片正常，检测通过；如果红色指示灯亮，则定位相应的故障旋变解码芯片。

Claims (8)

1.一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：包括电源模块、激磁模块、旋转变压器、芯片检测接口模块、角度解算控制模块和显示模块；

所述电源模块为激磁模块、芯片检测接口模块、角度解算控制模块提供供电电源；

所述激磁模块向旋转变压器和芯片检测接口模块提供激励信号；

所述旋转变压器向芯片检测接口模块提供角度信号；

所述芯片检测接口模块包括多个旋变解码芯片插座和对应每个插座的芯片信号调理电路；多个旋变解码芯片插座分为一个标准旋变解码芯片插座和若干检测旋变解码芯片插座；芯片检测接口模块输出芯片解码数据至角度解算控制模块；

所述角度解算控制模块采集标准旋变解码芯片和检测旋变解码芯片的输出数据，并将检测旋变解码芯片的采样信号与标准旋变解码芯片的采样信号进行对比运算，得到检测结果信号；

所述显示模块接收角度解算控制模块的检测结果信号并显示检测结果。

2.根据权利要求1所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述旋转变压器为无接触式旋转变压器。

3.根据权利要求1或2所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述激磁模块包括激励源和功率放大器；激励源输出信号经过功率放大器放大后输出。

4.根据权利要求3所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述显示模块由电源指示灯，故障检测结果指示灯和正常检测结果指示灯组成，电源指示灯显示电源模块供电状态，故障检测结果指示灯以及正常检测结果指示灯的个数分别与检测旋变解码芯片插座个数相同；检测过程中，如果检测结果正常，则正常检测结果指示灯常亮，如果某一旋变解码芯片故障，则对应故障检测结果指示灯亮。

5.根据权利要求4所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述激励源采用逆变器SIP-H02；功率放大器由功放芯片和外围电路构成，功放芯片采用GF01，外围电路为1:1关系的比例放大电路。

6.根据权利要求5所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：激磁模块的激励信号和旋转变压器的角度信号通过旋变解码芯片插座输出至旋变解码芯片，芯片信号调理电路对旋变解码芯片进行配置，设置旋变解码芯片的工作带宽。

7.根据权利要求6所述一种旋变解码芯片故障检测仪，其特征在于：所述角度解算控制模块采用DSP控制系统；所述DSP控制系统包括数字信号处理器、驱动缓冲电路；旋变解码芯片输出数据通过驱动缓冲电路输送至数字信号处理器，数字信号处理器通过对比运算产生检测结果信号，并通过驱动缓冲电路输送至显示模块。

8.一种利用权利要求1所述故障检测仪进行旋变解码芯片故障检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：选取标准旋变解码芯片连接旋转变压器进行人工标定：转动旋转变压器观测标准旋变解码芯片输出的旋转角度数据，如果输出角度数据平滑连续变化，且采集的电角度值与旋转变压器实际的机械角度值一致，则认为标准旋变解码芯片是正常的，并进入下一步骤，否则重新选取标准旋变解码芯片；

步骤2：将标准旋变解码芯片插入标准旋变解码芯片插座，将待检测的旋变解码芯片插入相应的检测旋变解码芯片插座中；旋变解码芯片故障检测仪上电，标准旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯点亮；角度解算控制模块进行解算程序初始化，初始化完成后，待检测的旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯点亮；

步骤3：在旋转变压器的机械限定角度内往复转动旋转变压器，当采集的待检测旋变解码芯片输出数据与标准旋变解码芯片输出数据差值在设定阈值内，则待检测旋变解码芯片对应的正常检测结果指示灯常亮，当某一待检测旋变解码芯片输出数据与标准旋变解码芯片输出数据差值超出设定阈值，则该待检测旋变解码芯片对应的故障检测结果指示灯亮。