CN1083585A

CN1083585A - 一种感应同步器数显位移测量方法

Info

Publication number: CN1083585A
Application number: CN 92109629
Authority: CN
Inventors: 陆启湘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-09

Abstract

一种以感应同步器作为传感器的精密位移测量方法，可以在提高测量细分精度的同时，也提高其相对速度上限及简化电路结构的新方法。通过采用限幅放大器和自适应激励电流基频变化的方法来提高电气角对机械位移角的跟踪能力。

Description

本发明涉及一种以感应同步器作为传感器的精密位移测量方法。更具体的说，是一种在提高测量细分精度的同时，也提高其相对速度上限及简化电路结构的新方法。

在鉴幅型感应同步器数显表中，对滑尺与定尺的相对移动信号X及其所代表的机械位移角θ_机＝2πX/T的检测，是由激磁电流I的电气相位角θ_电对θ_机的跟踪来实现的。跟踪误差△＝θ_电-θ_机可通过定尺上感应电势e_f＝KEmSin（θ_电-θ_机）Sinωt反映出来，对θ_机进行修正，使e_f→0，则△→0;即实现了θ_电对θ_机的跟踪。此过程见图1。

所有不同型号的鉴幅型感应同步器数显表，其主要差别在于对Sinωt的调制过程处理和对修正因子Km实现修正θ的方法不同。常用的有函数变压器式（如湖滨仪器厂生产的SF19型）及脉冲调宽型（如上海机床电器厂的ST2型），利用励磁电流进行调制，而修正电气角θ往往都由V/F变换器发出的修正脉冲数△n代表△θ来实现θ＝θ+△θ。目前常用的脉冲调宽型数显表工作过程可由图2说明。

上述方法缺点在于，偏差信号e_f越小时，由挖补方式修正脉宽n的过程越慢，而当滑尺移动太快时，挖补过程不够快而丢失信息，使脉冲修正失败，产生粗误差（至少差一个节距）。

本发明利用微处理机CPU对A/D转换后偏差信号的波形及幅值，经计算后直接修正电气角θ，这样的修正是由CPU进行一次加（减）运算实现的，而不是前述的对修正脉冲一个一个地计数来实现。这样修正过程快，过程可由图3说明。

为了在提高容许速度上限的同时，又提高分辨率，对偏差信号e_f采用放大倍数K为对数特性的交流放大器。这样在小信号时的放大率K_L远大于大信号时的放大率K_H，见图4。这样，系统在小偏差信号时，由于放大倍数K_L足够大而仍有足够精度，而大偏差信号时，输出信号e_f不会超出A/D转换允许范围，高速移动滑尺，产生的大偏差信号e_f仍能维持A/D转换正常工作。这样的非线性放大系数环节在CPU对A/D结果进行反对数运算后，仍恢复了整个系统的线性，实现了高速和高精度两个优点共存的目标。

在上述构思的基础上，本发明进一步利用CPU及A/D转换器的结合，省去较昂贵复杂的对数特性交流放大器，仍采用线性运算放大器，对信号作大倍率K限幅放大，限幅值Um仍在A/D允许输入范围内，见图5。此放大器在小信号时作高倍率放大，而在大信号时将限幅值Um送至A/D转换器，根据公式：

UpSin[（π-B）/2]＝Um

得到 Up＝Um/Sin[（π-B）/2]

式中：宽度B是A/D转换结果经CPU计算后所得（为一时间差）;

Up是大偏差信号e_f的幅值。

这样，用限幅的线性运算放大器代替对数特性运算放大器，借助A/D转换器及CPU的灵活运算处理能力，仍然可以实现感应同步器位移测量的高分辨率和高速度的统一。

感应同步器鉴幅式数显电路在滑尺绕组激励电流的一个周期内，只能获得一次关于偏差峰值的信息，只能做一次修正处理，而且一次修正量绝不能超过一个节距，这就意味着在一个周期内移动超过一个节距，就会使修正错误，产生粗误差。

本发明在上述方法的基础上，采用了如图6所示的激励频率变换电路，在保证了测量精度的同时，再进一步提高了移动速度的允许上限。

微处理器CPU根据A/D转换结果修正电气角θ_电，若A/D结果U＜Um，则CPU将发出指令使基频

f＝2πω＝f_o/（n₁＊n₂）

降低激励频率，提高脉宽细分度，即提高修正精度;

若连续m个周期内，限幅宽度B大于预定值B1，则认定是高速运动，CPU将发出指令使基频

f＝f_o/n₁

这样，激励波形周期变小，修正频率加快，提高了跟踪速度。软件框图见图7。

m取值范围为3～10;

对f_o分频数为n₁时，可使修正频率比分频数为n₁＊n₂时提高n₂倍，而对f_o分频数为n₁＊n₂时，可使脉宽细分度比分频数为n₁时提高n₂倍。因此，能够适应实际应用场合的不同要求。

图1.鉴幅型感应同步器数显表工作过程。

其中：T-感应同步器线圈节距

ω-励磁角频率

Km-修正系数

图2.脉冲调宽型数显表工作过程.

图3.本发明感应同步器数显装置工作过程.

图4a.输出信号U不会超出A/D转换允许输入范围U_H.

图4b.偏差信号e_f的放大系数K呈对数特性变化.

图5.线性放大器将大偏差信号作限幅放大.

其中：Up-大偏差信号幅值

B-限幅波顶平台宽度

2π-滑尺绕组激励电流一周期的相位值

图6.本发明自适应方式的激励频率变换电路的逻辑框图.

图7.本发明自适应方式的激励频率变换软件框图.

其中：R-连续产生限幅的周期数

D-控制分频数为n₁或n₁n₂的寄存器位

D＝0，分频数为n₁n₂

D＝1，分频数为n₁

f_o-晶体振荡器的振荡频率

Claims

1、一种在感应同步器数显位移测量中提高电气角对机械位移角跟踪能力的方法，其特征在于：是通过采用自适应激励电流基频变化的方法来实现的。

2、如权利要求1所述的自适应激励电流基频变化的位移测量方法，其特征在于：对限幅次数m的取值为3～10。

3、如权利要求1所述的自适应激励电流基频变化的位移测量方法，其特征在于：对偏差信号ef采用较高放大倍数的线性放大器来有意识地进行限幅放大，限幅值为A/D转换范围的90%至100%。

4、如权利要求3所述的限幅放大器，其特征在于：对限幅放大器的输出波形进行连续采样且A/D转换，限幅时利用波形顶部限幅的宽度B和激励周期2π，通过计算提取原偏差信号的峰值Up，产生修正信号△θ，未产生限幅时，仍同于普通线性放大器。