CN111367256A - 一种rvdt操舵手轮控制装置及自动检测方法 - Google Patents

一种rvdt操舵手轮控制装置及自动检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种RVDT操舵手轮控制装置及自动检测方法，由四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路组成，每一组电路由RVDT信号模拟切换电路、RVDT解调电路、整流滤波求和电路、放大器、主控制器、A/D采样电路组成，可实时在线自动检测RVDT操舵手轮控制装置的RVDT引线端子断线、短路情况；同时设置BIT自测试电路，以非在线方式自测试RVDT信号处理电路的工作状态，并将检测结果上报主控制器，具有检测安全性、可靠性、全面性、实用性强的特点。本发明主要用于RVDT传感器这种动作频率较低的场合，特别是操舵信号中的检测，有利于大幅提高舰艇操纵重要部件之一的多通道、多冗余的操舵手轮工作可靠性、安全性。

Description

一种RVDT操舵手轮控制装置及自动检测方法
技术领域
本发明涉及操舵手轮控制装置技术领域，更具体的说是涉及一种RVDT操舵手轮控制装置及自动检测方法。
背景技术
RVDT传感器已经广泛应用于各种工业控制及军工控制领域，具有高可靠性、高安全性的特点，特别是具有高密封性、无接触式、高灵敏度、高重复性的特点，适合应用于环境恶劣、高可靠性、控制精度要求高的场所。操舵手轮模块是舰船操纵重要部件之一，其可靠性、安全性将直接影响舰船安全可靠的航行。为了提高潜艇自动操舵设备操纵的可靠性，目前潜艇自动操舵设备的操舵手轮模块已较多采用RVDT作为手轮动作传感器，并且采用多通道、多冗余RVDT的设计方法，将其多通道控制电路设在操舵手轮模块之外的控制装置内集中处理，通过电缆引线将操舵手轮模块的多路RVDT传感器信号引出至手轮模块外的控制装置内。因RVDT传感器引线较多(有3线、4线和5线等引线型式)，而多通道、多冗余的操舵手轮模块RVDT传感器信号引线更多，不可避免容易产生引线接触不良、断线及短路等故障。因此对RVDT传感器信号进行实时在线监测以及信号处理电路自身工作状态进行监测和报警的应用需求越来越多。
对信号处理电路自身工作状态的监测任务普遍采用BIT自测试技术，即额外增加测试电路与测试单片机，随时监测待测放大器的工作状态。自测试式信号处理电路主要有非在线式和在线式两种，非在线式测试电路在测试信号处理电路工作状态时，需要增加切换开关，切断信号处理电路的传感器信号输入，同时输入自测试模拟信号，若信号处理电路输出信号与预期信号相符，即确定信号处理电路工作正常，但增加切换开关不可避免增多电路环节，进而降低信号处理电路工作的可靠性，具有局限性；在线式测试电路在测试信号处理电路的工作状态时，则需在信号处理电路的信号输入端额外增加输入自测试电压信号，若信号处理电路输出信号与设计信号相符，即确定信号处理电路工作正常。此类测试在测试时将直接使工作信号变化，易造成信号处理电路工作状态偏移而影响信号处理电路正常工作；两种自测试控制电路均存在局限性，需要根据具体情况采取相应的自测试方法。
为及时发现RVDT端子引线接触不良、断线及短路等此类故障问题，以及需要监测RVDT信号处理电路自身工作状态，有必要研制一种解决上述问题的信号处理电路应用于操舵手轮控制装置中。
因此，如何提供一种实时监测RVDT端子引线状态和监测RVDT信号处理电路自身工作状态的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种RVDT操舵手轮控制装置及自动检测方法，结构简单，监测精准可靠，可实现实时在线监测RVDT引线端子接线情况和监测RVDT信号处理电路工作状态。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种RVDT操舵手轮控制装置，包括：四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路；每一组所述RVDT信号处理电路包括RVDT信号模拟切换电路、RVDT解调电路、整流滤波求和电路、放大器、隔离电路、主控制器和A/D采样电路；其中，RVDT信号处理电路的输入端包括第一引线EXC1、第二引线EXC1a、第三引线VA1、第四引线VB1和第五引线SGND1接地端；所述隔离电路包括相同结构的隔离电路一和隔离电路二；所述第一引线EXC1和所述第二引线EXC1a分别连接所述RVDT解调电路及RVDT信号模拟切换电路，所述EXC1a还连接所述整流滤波求和电路；所述第三引线VA1和所述第四引线VB1连接所述RVDT模拟切换电路；所述RVDT信号模拟切换电路连接所述隔离电路一，并连接至所述主控制器；RVDT信号模拟切换电路还连接所述RVDT解调电路和所述整流滤波求和电路；所述RVDT解调电路连接所述放大器和所述A/D采样电路；所述整流滤波求和电路连接所述A/D采样电路；所述A/D采样电路通过隔离电路二与所述主控制器相连；所述A/D采样电路经过所述放大器输出信号构成输出端。
优选的，所述RVDT信号模拟切换电路包括第二电阻～第四电阻、第二电容、第一二极管、第一继电器、继电器驱动电路和第一数字电位器N1；所述第一继电器包括K1A、K1B和K1C；所述继电器驱动电路包括第一电阻和第五三极管，其中所述第一电阻一端与所述第五三极管第一端连接，另一端与所述隔离电路一连接；所述第五三极管第二端与地连接，第三端与V1和和K1A的并联节点连接；
其中，所述继电器驱动电路与所述隔离电路一连接，所述继电器驱动电路另一端分别与所述第一二极管、所述第一继电器连接；所述第一二极管与所述第一继电器并联，并联的另一端通过所述第二电阻与+15V电源连接；所述第三电阻的一端与所述第一数字电位器N1、所述K1C第二常开点连接，另一端与所述EXC1、所述整流滤波求和电路、所述RVDT解调电路连接；所述第四电阻的一端与所述第一数字电位器N1、所述K1B第一常开点连接，另一端与所述EXC1a和所述RVDT解调电路连接。
优选的，所述RVDT解调电路包括第五电阻、第八电阻～第十一电阻、第三电容～第十电容和RVDT解调芯片；
其中，所述第五电阻、所述第五电容、所述第六电容、所述第九电容和所述第十电容两端均接入所述RVDT解调芯片；所述第八电阻与所述第九电阻串联，所述第八电阻另一端接入－15V电源；所述第九电阻另一端接入RVDT解调芯片；所述第十电阻与所述第十一电阻串联，所述第十电阻另一端分别与所述第九电容和所述RVDT解调芯片连接，所述第十一电阻另一端分别与所述RVDT解调芯片、所述放大器和所述A/D采样电路连接；所述第三电容与所述第四电容并联，所述第三电容负极端分别与所述RVDT解调芯片和所述－15V电源连接，所述第三电容正极端与所述SGND1地线连接；所述第七电容与所述第八电容并联，所述第八电容正极端分别与所述RVDT解调芯片、所述+15V电源连接，所述第八电容负极端分别与所述SGND1地线和所述RVDT解调芯片连接。
优选的，所述整流滤波求和电路包括第十二电阻～第十四电阻、第二十三电阻～第三十二电阻、第二十一电容～第二十八电容、第五运放、第六电子开关和第二二极管～第四二极管；所述第五运放包括N5B、N5C和N5D；
其中，所述第十二电阻一端连接所述RVDT解调电路和所述K1C的动点VA端，另一端连接所述第五运放电路N5B；所述第十三电阻一端连接所述RVDT解调电路和所述K1B的动点VB端，另一端连接所述第五运放电路N5C；所述第十四电阻的一端连接所述所述RVDT解调芯片、所述EXC1端和所述第三电阻，另一端连接所述第五运放电路N5D；所述第五运放N5B所述第五运放N5C和所述第五运放N5D分别与所述第二十三电阻～所述第二十五电阻的一端连接，所述第二十三电阻～所述第二十五电阻的另一端分别与所述第六电子开关N6连接；所述第二十一电容与所述第二十二电容并联，所述第二十二电容负极端分别与第六电子N6开关、－15V电源连接，所述第二十二电容正极端与SGND1地线连接；所述第二十三电容与所述第二十四电容并联，所述第二十四电容正极端分别与所述第六电子开关、所述+15V电源连接，所述第二十四电容负极端与所述SGND1地线连接；所述第六电子开关分别与所述第二二极管～所述第四二极管的负极端连接，所述第二二极管正极与所述第二十六电阻连接，所述第三二极管正极与所述第二十八电阻连接，所述第四二极管正极与所述第三十电阻连接；所述第二十七电阻的两端与所述第五运放、所述第二十五电容并联，并联点一端还分别与所述第二十六电阻、所述第二十八电阻、所述第三十电阻的另一端连接；并联点另一端与所述第三十一电阻连接；所述第三十一电阻另一端分别与所述第三十二电阻、所述第二十八电容、所述A/D采样电路连接；所述第二十八电容、所述第三十二电阻的另一端均与所述SGND1地线连接；所述第二十六电容一端分别与所述+15V电源和所述第五运放N5A连接，另一端与所述SGND1地线连接；所述第二十七电容一端分别与所述－15V电源和所述第五运放N5A连接，另一端与所述SGND1地线连接。
优选的，所述放大器包括第七电阻、第十五电阻～第二十二电阻、第十四电容～第十七电容和第四运放N4，所述第十五电阻和所述第十九电阻为可调电位器；
其中，所述第七电阻一端与所述+15V电源连接，另一端与所述第十五可调电位器的一端连接；所述第十五可调电位器的另一端与所述第十六电阻串联；所述第十六电阻另一端与所述－15V电源连接；所述第十五可调电位器的中心端与所述第十七电阻连接；所述第十九可调电位器中心端与一端短接，另一端与所述第十八电阻串联，所述第十四电容并联在串联的第十八电阻R18与第十九可调电位器R19两个端点之间，所述第十八电阻和所述第十九可调电位器并联在所述第四运放的两个端点之间，连接所述第十八电阻的所述第四运放的并联端点还与所述第十七电阻和所述第二十一电阻连接，另一个并联端点与所述第二十电阻连接；所述第二十电阻的另一端分别与所述第十五电容、所述A/D采样电路、所述输出端连接；所述第十六电容一端分别与所述+15V电源和所述第四运放连接，另一端与所述SGND1地线连接；所述第十七电容一端分别与所述－15V电源和所述第四运放连接，另一端与所述SGND1地线连接。
优选的，所述A/D采样电路包括采样集成电路N7、第六电阻、第十一电容～第十三电容、第十八电容～第二十电容、第二十九电容～第三十二电容和稳压器N3；
其中，所述第十一电容正极端连接所述稳压器N3和所述第六电阻，负极端连接所述SGND1地线，所述第六电阻另一端连接所述+15V电源；所述第十二电容和所述第十三电容并联连接，所述第十二电容正极端连接所述稳压器N3和所述+5V电源，负极端连接所述SGND1地线；所述第十八电容和所述第十九电容并联连接，所述第十九电容正极端连接所述SGND1地线端，负极端连接-15V电源和所述采样集成电路N7；所述第二十电容两端与所述采样集成电路N7连接，其中一端还与所述SGND1地线连接；所述第二十九电容与所述第三十电容并联连接，所述第二十九电容正极端连接所述采样集成电路N7和所述+5V电源，负极端连接所述采样集成电路N7和所述SGND1地线；所述第三十一电容与所述第三十二电容并联连接，所述第三十一电容正极端连接所述采样集成电路N7和所述+15V电源，负极端连接所述SGND1地线。
优选的，所述隔离电路一与所述隔离电路二均与所述主控制器连接；所述隔离电路一同时连接所述第一电阻和所述第一数字电位器N1；所述隔离电路二同时连接所述采样集成电路N7和所述第六电子开关N6。
优选的，所述第一引线EXC1端分别与所述RVDT信号模拟切换电路的第三电阻、所述整流滤波求和电路的第十四电阻和所述RVDT解调电路连接；所述RVDT信号处理电路的第二引线EXC1a端分别与所述RVDT信号模拟切换电路的第四电阻和所述RVDT解调电路连接；所述RVDT信号处理电路的第三引线VA1端与所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1C的第二常闭触点连接；所述RVDT信号处理电路的第四引线VB1与所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1B的第一常闭触点连接；所述RVDT信号处理电路的第五引线SGND1端与地线连接。
优选的，所述RVDT解调电路的所述第十一电阻分别与所述放大器的第二十一电阻、所述A/D采样电路连接；所述放大器的所述第二十电阻分别与所述第十五电容、所述A/D采样电路以及所述输出端连接，第十五电容另一端与地线SGND1连接；
所述整流滤波求和电路的所述第十二电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1C的动点VA端连接；所述整流滤波求和电路的所述第十三电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1B的动点VB端连接；所述整流滤波求和电路的所述第十四电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述EXC1端、所述RVDT信号模拟切换电路的所述第三电阻连接；所述整流滤波求和电路的所述第三十一电阻与所述采样集成电路N7连接；在主控制器与所述RVDT信号模拟切换电路的所述第一数字电位器N1和所述第一电阻、所述采样集成电路N7、所述整流滤波求和电路的第六电子开关N6的控制端之间，设置有隔离电路。
根据一种RVDT操舵手轮控制装置的一种RVDT引线端子断线、短路实时在线自动检测方法，包括四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路，每一组所述RVDT信号处理电路输入端对应连接到RVDT传感器引线端子上，所述RVDT传感器的引线端子包括所述第一引线EXC1、所述第二引线EXC1a、所述第三引线VA1、所述第四引线VB1和所述第五引线SGND1接地端；在所述引线端子断线、短路在线自动检测期间，所述K1A非通电，所述K1B的动点和所述K1C的动点与常闭点连通，VA1电压值等于第二动点电压值VA，VB1电压值等于第一动点电压值VB；所述RVDT引线端子电压值包括VA、VB、VEXC以及和值，所述和值＝VA+VB；所述VA、VB、VEXC以及和值均指整流滤波后的直流电压值；所述RVDT引线端子断线或短路实时在线自动检测方法判断如下：
设所述VA最小值为VAmin，所述VA最大值为VAmax，所述VB最小值为VBmin，所述VB最大值为VBmax；
当(VA+VB)(VA+VB)额定值在0.8-1.2范围内时，所述和值正常：
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无断线；
若所述VA＜所述VAmin，则判断VA引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，所述VB＜所述VBmin，则判断VB引线端子断线；
当(VA+VB)(VA+VB)额定＜0.8时：
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断所述VA引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB＜所述VBmin，则判断所述VB引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无引线端子断线；
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB＜所述VBmin，分以下情况判断：
若所述VEXC正常，则判断次级VA、VB引线端子均断线或者EXC1与EXC1a初级引线端子断线；
若所述VEXC值不正常，则判断所述RVDT解调芯片的激励电源故障，无引线端子断线；
当(VA+VB)(VA+VB)额定＞1.2时，
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断所述VA引线端子与所述接地端子短路；
若所述VA≥所述VAmin,且所述VB＜所述VBmin，则判断所述VB引线端子与所述接地端子短路；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无引线端子断线。
根据一种RVDT操舵手轮控制装置的一种RVDT信号处理电路BIT非在线自测试检测方法，包括四组结构相同的BIT自测试的RVDT信号处理电路，每一组由RVDT信号模拟切换电路及A/D采样电路完成，在BIT非在线自测试检测期间，所述K1A通电，所述K1B的所述动点VB和所述K1C的所述动点VA与常开点连通，所述第一数字电位器N1的输出连接至所述动点VA端和所述动点VB端，利用数字电位器两端引出的VA、VB端信号仿真模拟RVDT的信号，根据VA端对地电压为VAa，VB端对地电压为VBb的具体值进行自测试。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种RVDT操舵手轮控制装置及自动检测方法，由四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路组成，通过设置RVDT信号模拟切换电路、RVDT解调电路、整流滤波求和电路、放大器、A/D采样电路和主控制器，可在线实时自动检测RVDT端子引线接触不良、断线及短路等情况，还可以监测RVDT信号处理电路自身工作状态并上报主控制器，具有检测全面性、可靠性高、实用性强的特点。本发明主要用于RVDT传感器这种动作频率较低的场合，特别是操舵信号中的检测，有利于大幅提高潜艇操纵重要部件之一的多通道、多冗余的操舵手轮工作的可靠性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的RVDT操舵手轮控制装置原理框图；
图2附图为本发明提供的RVDT传感器工作原理框图结构示意图；
图3附图为本发明提供的RVDT解调芯片AD598工作原理框图；
图4附图为本发明提供的RVDT信号模拟原理框图；
图5附图为本发明提供RVDT操舵手轮控制装置电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种RVDT操舵手轮控制装置，包括RVDT信号模拟切换电路、RVDT解调电路、整流滤波求和电路、放大器、主控制器和A/D采样电路，可实时在线自动检测RVDT操舵手轮控制装置RVDT引线端子断线、短路情况；同时设置BIT自测试电路，以非在线方式自测试本RVDT信号处理电路的工作状态，即利用RVDT信号模拟切换电路及A/D采样电路完成，利用数字电位器两端引出的VA、VB端信号仿真模拟RVDT的信号，根据VA端对地电压为VAa，VB端对地电压为VBb的具体值进行自测试。
实施例
如附图4和附图5所示，一种带在线自动检测与BIT自测试的RVDT操舵手轮控制装置，由四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路组成。每组信号处理电路输入端有五根线，即第一引线EXC1、第二引线EXC1a、第三引线VA1、第四引线VB1和第五引线(接地端)SGND1，同时输出端(Output1)输出RVDT信号解调放大处理后的信号。信号处理电路包括输入端(五线)、输出端(Output1)、接地线S1GND、第二～第四二极管V1～V4、第一电阻R1～第三十二电阻R32、第二电容C2～第三十二电容C32、第一继电器、继电器驱动电路、数字电位器N1、RVDT解调芯片N2、稳压器N3、放大器(amplifier，下同)N4、整流滤波求和电路(rectification、filtration and summarizing circuit，下同)(第五运放N5、第六电子开关N6)、A/D采样电路(A/D sampling circuit，下同)N7、主控制器(CPU，下同)、隔离电路等(Isolated circuit，下同)。其中，第一继电器包括K1A、K1B和K1C，继电器驱动电路包括第一电阻和第五三极管，第五运放包括N5B、N5C和N5D。
其中，第一引线EXC1端分别与RVDT信号模拟切换电路(RVDT signal imitationand switching circuit，下同)的第三电阻R3、整流滤波求和电路的第十四电阻R14和RVDT解调电路(RVDT demodulator circuit，下同)连接；
第二引线EXC1a端分别与RVDT信号模拟切换电路的第四电阻R4和RVDT解调电路连接；
第三引线VA1端与RVDT信号模拟切换电路的K1C的第二常闭触点连接；
第四引线VB1端与RVDT信号模拟切换电路的K1B的第一常闭触点连接；
第五引线端与SGND1地线连接。
RVDT解调电路的第十一电阻R11分别与放大器的第二十一电阻R21、A/D采样电路连接；放大器的第二十电阻R20分别与第十五电容C15、A/D采样电路、输出端(Output1)连接，第十五电容C15另一端与地线SGND1连接。整流滤波求和电路的第十二电阻R12分别与RVDT解调芯片N2、RVDT信号模拟切换电路的K1C的动点VA端连接；整流滤波求和电路的第十三电阻R13分别与RVDT解调芯片N2、RVDT信号模拟切换电路的K1B的动点VB端连接；整流滤波求和电路的第十四电阻R14分别与RVDT解调芯片N2、RVDT信号模拟切换电路的第三电阻R3连接；整流滤波求和电路的第三十一电阻R31分别与第三十二电阻R32、第二十八电容C28、A/D采样电路连接，第三十二电阻R32、第二十八电容C28的另一端分别与SGND1地线连接；在主控制器与RVDT信号模拟切换电路及其第一电阻、A/D采样电路、整流滤波求和电路等的控制端之间，设置有隔离电路。
其中，RVDT信号模拟切换电路包括第二电阻R1～第四电阻R4、第二电容C2、第一二极管V1、第一继电器K1、继电器驱动电路、第一数字电位器N1。其中，继电器驱动电路包括第一电阻R1和第五三极管V5。第一电阻R1一端连接第五三极管V5第一端，另一端连接隔离电路一，第五三极管第三端分别连接第一二极管V1和第一继电器K1的并联连接点，第二端接地；第一二极管V1与第一继电器K1并联，并联的另一端通过所述第二电阻R2与电源+15V连接；所述第三电阻R3的一端与所述第一数字电位器N1、K1C的第二常开点连接，另一端与输入端EXC1、所述整流滤波求和电路的第十四电阻R14和RVDT解调芯片N2连接；所述第四电阻R4的一端与第一数字电位器N1、K1B的第一常开点连接，另一端与输入端EXC1a、RVDT解调芯片N2连接。
所述RVDT解调电路按RVDT解调芯片AD598的典型应用电路设计,包括第五电阻R5、第八电阻R8～第十一电阻R11、第三电容C3～第十电容C10、RVDT解调芯片N2等。其中，第五电阻R5、第五电容C5、第六电容C6、第九电容C9、第十电容C10两端均接入RVDT解调芯片N2；第八电阻R8与第九电阻R9串联，第八电阻R8另一端接入－15V电源；第九电阻R9另一端接入RVDT解调芯片N2；第十电阻R10与第十一电阻R11串联，第十电阻R10另一端分别与第九电容C9、RVDT解调芯片N2连接；第十一电阻R11另一端分别与RVDT解调芯片N2、放大器N4第二十一电阻R21、A/D采样电路连接；第三电容C3与第四电容C4并联，第三电容C3负极端分别与RVDT解调芯片N2、－15V电源连接，第三电容C3正极端与SGND1地线连接；第七电容C7与第八电容C8并联，第八电容C8正极端分别与RVDT解调芯片N2和+15V电源连接，第八电容C8负极端分别与SGND1地线、RVDT解调芯片N2连接。
整流滤波求和电路包括第十二电阻R12～第十四电阻R14、第二十三电阻R23～第三十二电阻R32、第二十一电容C21～第二十八电容C28、第五运放N5、第六电子开关N6、第二二极管V2～第四二极管V4等。其中，第十二电阻R12～第十四电阻R14的另一端均与第五运放N5连接；第五运放N5分别与第二十三电阻R23～第二十五电阻R25的一端连接，第二十三电阻R23～第二十五电阻R25的另一端分别与第六电子开关N6连接；第二十一电容C21与第二十二电容C22并联，第二十二电容C22负极端分别与第六电子开关N6、－15V电源连接，第二十二电容C22正极端与SGND1地线连接；第二十三电容C23与第二十四电容C24并联，第二十四电容C24正极端分别与第六电子开关N6、+15V电源连接，第二十四电容C24负极端与SGND1地线连接；第六电子开关N6分别与第二二极管V2～第四二极管V4的负极端连接，第二二极管V2正极与第二十六电阻R26连接，第三二极管V3正极与第二十八电阻R28连接，第四二极管V4正极与第三十电阻R30连接；第二十七电阻R27的两端与第五运放N5、第二十五电容C25并联，并联点一端还分别与第二十六电阻R26、第二十八电阻R28、第三十电阻R30的另一端连接；并联点另一端与第三十一电阻R31连接；第三十一电阻R31另一端分别与第三十二电阻R32、第二十八电容C28、A/D采样电路连接；第二十八电容C28、第三十二电阻R32的另一端均与SGND1地线连接；第二十六电容C26一端分别与+15V电源和第五运放N5连接，另一端与SGND1地线连接；第二十七电容C27一端分别与－15V电源和第五运放N5连接，另一端与SGND1地线连接。
放大器包括第七电阻R7、第十五电阻R15～第二十二电阻R22(第十五电阻R15和第十九电阻R19为可调电位器)、第十四电容C14～第十七电容C17、第四运放N4。其中，第七电阻R7一端与+15V电源连接，另一端与第十五可调电位器R15的一端连接；第十五可调电位器R15的另一端与第十六电阻R16串联；第十六电阻R16另一端与－15V电源连接；第十五可调电位器R15的中心端与第十七电阻R17连接；第十九可调电位器R19中心端与一端短接，另一端与第十八电阻R18串联形成一体，该一体的两端与第四运放N4、第十四电容C14并联，并联点一端还与第十七电阻R17、第二十一电阻R21连接，并联点另一端与第二十电阻R20连接；第二十电阻R20的另一端分别与第十五电容C15、A/D采样电路、输出端Output1连接；第十六电容C16一端分别与+15V电源和第四运放N4连接，另一端与SGND1地线连接；第十七电容C17一端分别与－15V电源和第四运放N4连接，另一端与SGND1地线连接。
A/D采样电路由采样集成电路N7、第六电阻R6、第一十一电容C11～第一十三电容C13、第一十八电容C18～第二十电容C20、第二十九电容C29～第三十二电容C32、稳压器N3组成，按A/D采样集成电路及稳压电路的典型应用电路设计。
本发明的工作原理：
(1)RVDT传感器工作原理。
RVDT传感器如图1所示，工作原理类似于差动变压器的工作原理，主要由衔铁芯、初级线圈和两个次级线圈组成，两个次级线圈匝数相等，且是按反向串联绕制的。衔铁芯在初次级线圈中间随RVDT旋转而做非接触式伸缩运动。在RVDT初级线圈两端施加激励信号后，在次级线圈两部分将会感应产生相同频率的感应电动势VA和VB，当此两感应电动势之差值(VA-VB)达最小值时，衔铁芯的角度为零位。随着铁芯继续转动，两个次级线圈感应电动势一个增加，另一个减小，铁芯角度离中央零位位置越远，感应电动势之差值(VA-VB)越大，该差值(VA-VB)与铁芯的转动角度成比例，从而实现角度检测。由RVDT传感器工作原理可知，在RVDT正常工作时，两个次级线圈感应电动势之和(VA+VB)始终是常值，与衔铁芯的角度位置无关。
(2)RVDT引线端子断线、短路实时在线自动检测电路工作原理。
目前比较常见的RVDT信号处理电路是采用AD公司的专用处理芯片AD598，如图2所示。AD598具有如下特点：内部含有晶振和参考电压，只需附加极少量的无源元件就可以实现位置的机械变化到直流电压的转换，其输出正比于RVDT的角度变化。AD598自带驱动RVDT的激励信号。
RVDT引线端子断线、短路实时在线自动检测功能主要由整流滤波求和电路及A/D采样电路完成。如图3、图4所示。根据RVDT传感器工作原理可知，正常工作时两个次级线圈感应电动势之和(VA+VB)始终是常值，与衔铁芯的角度位置无关，RVDT引线端子断开或激励信号减少，将使和值(VA+VB)减少，如果(VA+VB)与(VA+VB)额定的差值超过门限值即判断为故障。
电路中只需分别控制电子开关N6的其中三个开关的通断，即可分别得出和值(VA+VB)、VA值、VB值、VEXC值(激励电压)，四个值均指整流滤波后的直流电压值。设VA最小值为VAmin，VA最大值为VAmax，VB最小值为VBmin，VB最大值为VBmax。为防止信号干扰等引起的误检测报警，设置和值(VA+VB)的门限值，门限值设在额定值(VA+VB)额定的20％。
判断步骤如下：
1)和值(VA+VB)正常，即(VA+VB)(VA+VB)额定＝0.8～1.2时
a)若VA≥VAmin,且VB≥VBmin,则判断无断线
注：由于当VA零线端(SGND端)引线或VB零线端引线断开时，VA或VB电压变为浮地信号，整流滤波求和电路无法完全消除此浮地信号，在VA或VB信号频率和幅值均相对较高的极端情况时，有可能造成整流滤波求和电路的输出接近和值(VA+VB)额定值的下限，造成误判。因此此时故障检测覆盖率只能达98％～99％；
b)若VA＜VAmin,则判断VA引线端子断线
因有可能当VA＝0V且VB＝VBmax时，(0+VBmax)(VA+VB)额定仍然在0.8～1之间，满足和值正常条件。因此需要加此判断；
c)若VA≥VAmin,VB＜VBmin,则判断VB引线端子断线
原因同上述b条；
2)(VA+VB)(VA+VB)额定＜0.8时
a)若VA＜VAmin,且VB≥VBmin，则判断VA引线端子断线；
b)若VA≥VAmin,且VB＜VBmin，则判断VB引线端子断线；
c)若VA≥VAmin,且VB≥VBmin，则判断无引线端子断线，和值低于额定值的80％是由于其它原因造成的；
d)若VA＜VAmin,且VB＜VBmin，分以下情况判断：
d1)若VEXC值正常，则判断次级VA、VB引线端子均断线或者EXC1与EXC1a初级引线端子断线；
d2)若VEXC值不正常，则判断RVDT解调芯片AD598激励电源故障，无引线端子断线；
3)(VA+VB)(VA+VB)额定＞1.2时
a)若VA＜VAmin,且VB≥VBmin，则判断VA引线端子与接地端子短路；
b)若VA≥VAmin,且VB＜VBmin，则判断VB引线端子与接地端子短路；
c)若VA≥VAmin,且VB≥VBmin，则判断无引线端子断线，和值高于额定值的120％是由于其它原因造成的；
(3)放大器实时在线自动检测电路工作原理。
放大器实时在线自动检测功能主要由A/D采样电路和主控制器(即CPU)完成。RVDT传感器处理的均是位移或转角信号，信号频率均较低。
由A/D采样电路在线实时监测放大器的输入端、输出端信号，推算即可得知放大器电路的工作状态。因信号频率较低，在线实时自测试时只要监测放大器工作信号足够快速(考虑一定的时延)，即可较准确得知放大器电路工作状态。
(4)RVDT信号处理电路BIT非在线自测试工作原理.
BIT非在线自测试功能主要由RVDT信号模拟切换电路完成。由于RVDT引线端子较多，仿真模拟信号不易实时在线注入RVDT解调芯片AD598而不影响解调电路正常工作，因此采取BIT非在线自测试方式。测试时，用继电器将RVDT信号断开并注入RVDT仿真模拟信号。
RVDT仿真模拟信号由数字电位器实现，其原理框图见图3。
图3中，EXC端与EXCa端之间的电压为AD598发出的激励交流信号电压，设EXC端对地电压为Vexc，EXCa端对地电压为Vexca，两个端子间的电压差值为Ve＝(Vexc-Vexca)。VA端对地电压为VAa，VB端对地电压为VBb。
1)因激励交流信号电压Ve的幅值是固定值(不考虑温漂等的影响)，设此固定值为|Ve|，即|Vexc-Vexca|为固定值；
2)EXC端与EXCa端间的电压差值(Vexc-Vexca)，经过R1～R3分压，得到VA端与VB端间的电压差值(VAa-VBb)，有：
VAa-VBb＝(Vexc-Vexca)*(R2/(R1+R2+R3))，所以有：
|VAa-VBb|＝|Vexc-Vexca|*(R2/(R1+R2+R3))，
所以，|VAa-VBb|也是固定值；
3)若VAa＞0V,则VBb＜0V；若VAa＜0V,则VBb＞0V；有：
|VAa-VBb|＝|VAa-0+0-VBb|＝|VBb-0+0-VAa|＝|VAa|+|VBb|
所以，|VAa|+|VBb|也是固定值；
|VAa|+|VBb|即是VA、VB端电压分别整流滤波后的和值，是固定值。因此，由数字电位器两端引出的VA、VB端信号可以仿真模拟RVDT的信号。VAa、VBb的具体值由数字电位器分配。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，包括：四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路；每一组所述RVDT信号处理电路包括RVDT信号模拟切换电路、RVDT解调电路、整流滤波求和电路、放大器、隔离电路、主控制器和A/D采样电路；其中，所述RVDT信号处理电路的输入端包括第一引线EXC1、第二引线EXC1a、第三引线VA1、第四引线VB1和SGND1地线；所述隔离电路包括相同结构的隔离电路一和隔离电路二；所述第一引线EXC1和所述第二引线EXC1a分别连接所述RVDT解调电路及RVDT信号模拟切换电路，所述EXC1a还连接所述整流滤波求和电路；所述第三引线VA1和所述第四引线VB1连接所述RVDT模拟切换电路；所述RVDT信号模拟切换电路连接所述隔离电路一，并连接至所述主控制器；RVDT信号模拟切换电路还连接所述RVDT解调电路和所述整流滤波求和电路；所述RVDT解调电路连接所述放大器和所述A/D采样电路；所述整流滤波求和电路连接所述A/D采样电路；所述A/D采样电路通过隔离电路二与所述主控制器相连；所述A/D采样电路经过所述放大器输出信号构成输出端。
2.根据权利要求1所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述RVDT信号模拟切换电路包括第二电阻～第四电阻、第二电容、第一二极管、第一继电器、继电器驱动电路和第一数字电位器N1；所述第一继电器包括K1A、K1B和K1C；
其中，所述继电器驱动电路与所述隔离电路一连接，所述继电器驱动电路另一端分别与所述第一二极管、所述第一继电器连接；所述第一二极管与所述第一继电器并联，并联的另一端通过所述第二电阻与+15V电源连接；所述第三电阻的一端与所述第一数字电位器N1、所述K1C连接，另一端与所述EXC1、所述整流滤波求和电路、所述RVDT解调电路连接；所述第四电阻的一端与所述第一数字电位器N1、所述K1B连接，另一端与所述EXC1a和所述RVDT解调电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述RVDT解调电路包括第五电阻、第八电阻～第十一电阻、第三电容～第十电容和RVDT解调芯片；
其中，所述第五电阻、所述第五电容、所述第六电容、所述第九电容和所述第十电容两端均接入所述RVDT解调芯片；所述第八电阻与所述第九电阻串联，所述第八电阻另一端接入－15V电源；所述第九电阻另一端接入RVDT解调芯片；所述第十电阻与所述第十一电阻串联，所述第十电阻另一端分别与所述第九电容和所述RVDT解调芯片连接，所述第十一电阻另一端分别与所述RVDT解调芯片、所述放大器和所述A/D采样电路连接；所述第三电容与所述第四电容并联，所述第三电容负极端分别与所述RVDT解调芯片和所述－15V电源连接，所述第三电容正极端与所述SGND1地线连接；所述第七电容与所述第八电容并联，所述第八电容正极端分别与所述RVDT解调芯片、所述+15V电源连接，所述第八电容负极端分别与所述SGND1地线和所述RVDT解调芯片连接。
4.根据权利要求3所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述整流滤波求和电路包括第十二电阻～第十四电阻、第二十三电阻～第三十二电阻、第二十一电容～第二十八电容、第五运放、第六电子开关和第二二极管～第四二极管；所述第五运放包括N5B、N5C和N5D；
其中，所述第十二电阻一端连接所述RVDT解调电路和所述K1C的动点VA端，另一端连接所述第五运放电路N5B；所述第十三电阻一端连接所述RVDT解调电路和所述K1B的动点VB端，另一端连接所述第五运放电路N5C；所述第十四电阻的一端连接所述所述RVDT解调芯片、所述EXC1端和所述第三电阻，另一端连接所述第五运放电路N5D；所述第五运放N5B、所述第五运放N5C和所述第五运放N5D分别与所述第二十三电阻～所述第二十五电阻的一端连接，所述第二十三电阻～所述第二十五电阻的另一端分别与所述第六电子开关N6连接；所述第二十一电容与所述第二十二电容并联，所述第二十二电容负极端分别与第六电子N6开关、－15V电源连接，所述第二十二电容正极端与SGND1地线连接；所述第二十三电容与所述第二十四电容并联，所述第二十四电容正极端分别与所述第六电子开关、所述+15V电源连接，所述第二十四电容负极端与所述SGND1地线连接；所述第六电子开关分别与所述第二二极管～所述第四二极管的负极端连接，所述第二二极管正极与所述第二十六电阻连接，所述第三二极管正极与所述第二十八电阻连接，所述第四二极管正极与所述第三十电阻连接；所述第二十七电阻的两端与所述第五运放、所述第二十五电容并联，并联点一端还分别与所述第二十六电阻、所述第二十八电阻、所述第三十电阻的另一端连接；并联点另一端与所述第三十一电阻连接；所述第三十一电阻另一端分别与所述第三十二电阻、所述第二十八电容、所述A/D采样电路连接；所述第二十八电容、所述第三十二电阻的另一端均与所述SGND1地线连接；所述第二十六电容一端分别与所述+15V电源和所述第五运放N5A连接，另一端与所述SGND1地线连接；所述第二十七电容一端分别与所述－15V电源和所述第五运放N5A连接，另一端与所述SGND1地线连接。
5.根据权利要求4所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述放大器包括第七电阻、第十五电阻～第二十二电阻、第十四电容～第十七电容和第四运放N4，所述第十五电阻和所述第十九电阻为可调电位器；
其中，所述第七电阻一端与所述+15V电源连接，另一端与所述第十五可调电位器的一端连接；所述第十五可调电位器的另一端与所述第十六电阻串联；所述第十六电阻另一端与所述－15V电源连接；所述第十五可调电位器的中心端与所述第十七电阻连接；所述第十九可调电位器中心端与一端短接，另一端与所述第十八电阻串联，所述第十四电容并联在串联的第十八电阻与第十九可调电位器两个端点之间，所述第十八电阻和所述第十九可调电位器并联在所述第四运放的两个端点之间，连接所述第十八电阻的所述第四运放的并联端点还与所述第十七电阻和所述第二十一电阻连接，另一个并联端点与所述第二十电阻连接；所述第二十电阻的另一端分别与所述第十五电容、所述A/D采样电路、所述输出端连接；所述第十六电容一端分别与所述+15V电源和所述第四运放连接，另一端与所述SGND1地线连接；所述第十七电容一端分别与所述－15V电源和所述第四运放连接，另一端与所述SGND1地线连接。
6.根据权利要求5所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述A/D采样电路包括采样集成电路N7、第六电阻、第十一电容～第十三电容、第十八电容～第二十电容、第二十九电容～第三十二电容和稳压器N3；
其中，所述第十一电容正极端连接所述稳压器N3和所述第六电阻，负极端连接所述SGND1地线，所述第六电阻另一端连接所述+15V电源；所述第十二电容和所述第十三电容并联连接，所述第十二电容正极端连接所述稳压器N3和所述+5V电源，负极端连接所述SGND1地线；所述第十八电容和所述第十九电容并联连接，所述第十九电容正极端连接所述SGND1地线端，负极端连接-15V电源和所述采样集成电路N7；所述第二十电容两端与所述采样集成电路N7连接，其中一端还与所述SGND1地线连接；所述第二十九电容与所述第三十电容并联连接，所述第二十九电容正极端连接所述采样集成电路N7和所述+5V电源，负极端连接所述采样集成电路N7和所述SGND1地线；所述第三十一电容与所述第三十二电容并联连接，所述第三十一电容正极端连接所述采样集成电路N7和所述+15V电源，负极端连接所述SGND1地线。
7.根据权利要求6所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述隔离电路一与所述隔离电路二均与所述主控制器连接；所述隔离电路一同时连接所述第一电阻和所述第一数字电位器N1；所述隔离电路二同时连接所述采样集成电路N7和所述第六电子开关N6。
8.根据权利要求7所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述第一引线EXC1端分别与所述RVDT信号模拟切换电路的第三电阻、所述整流滤波求和电路的第十四电阻和所述RVDT解调电路连接；所述第二引线EXC1a端分别与所述RVDT信号模拟切换电路的第四电阻和所述RVDT解调电路连接；所述第三引线VA1端与所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1C的第二常闭触点连接；所述第四引线VB1与所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1B的第一常闭触点连接；所述第五引线接地端与SGND1地线连接。
9.根据权利要求8所述的一种RVDT操舵手轮控制装置，其特征在于，所述RVDT解调电路的所述第十一电阻分别与所述放大器的第二十一电阻、所述A/D采样电路连接；所述放大器的所述第二十电阻分别与所述第十五电容、所述A/D采样电路以及所述输出端连接，第十五电容另一端与地线SGND1连接；
所述整流滤波求和电路的所述第十二电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1C的动点VA端连接；所述整流滤波求和电路的所述第十三电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述RVDT信号模拟切换电路的所述K1B的动点VB端连接；所述整流滤波求和电路的所述第十四电阻分别与所述RVDT解调芯片、所述EXC1端、所述RVDT信号模拟切换电路的所述第三电阻连接；所述整流滤波求和电路的所述第三十一电阻与所述采样集成电路N7连接；在主控制器与所述RVDT信号模拟切换电路的所述第一数字电位器N1和所述第一电阻、所述采样集成电路N7、所述整流滤波求和电路的第六电子开关N6的控制端之间，设置有隔离电路。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种RVDT引线端子断线、短路实时在线自动检测方法，其特征在于，包括四组结构相同的带在线自动检测与BIT自测试的RVDT信号处理电路，每一组所述RVDT信号处理电路输入端对应连接到RVDT传感器引线端子上，所述RVDT传感器的引线端子包括所述第一引线EXC1、所述第二引线EXC1a、所述第三引线VA1、所述第四引线VB1和所述第五引线SGND1接地端；在所述引线端子断线、短路在线自动检测期间，所述K1A非通电，所述K1B的动点和所述K1C的动点与常闭点连通，VA1电压值等于第二动点电压值VA，VB1电压值等于第一动点电压值VB；所述RVDT引线端子电压值包括VA、VB、VEXC以及和值，所述和值＝VA+VB；其中，所述RVDT引线端子断线或短路实时在线自动检测方法判断如下：
设所述VA最小值为VAmin，所述VA最大值为VAmax，所述VB最小值为VBmin，所述VB最大值为VBmax；设和值(VA+VB)正常波段范围为额定值的80％～120％；
当和值(VA+VB)正常，即(VA+VB)/(VA+VB)额定值在0.8-1.2范围内时：
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无断线；
若所述VA＜所述VAmin，则判断VA引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，所述VB＜所述VBmin，则判断VB引线端子断线；当(VA+VB)/(VA+VB)额定＜0.8时：
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断所述VA引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB＜所述VBmin，则判断所述VB引线端子断线；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无引线端子断线；
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB＜所述VBmin，分以下情况判断：
若所述VEXC正常，则判断次级VA、VB引线端子均断线或者EXC1与EXC1a初级引线端子断线；
若所述VEXC值不正常，则判断所述RVDT解调芯片的激励电源故障，无引线端子断线；
当(VA+VB)/(VA+VB)额定＞1.2时，
若所述VA＜所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断所述VA引线端子与所述接地端子短路；
若所述VA≥所述VAmin,且所述VB＜所述VBmin，则判断所述VB引线端子与所述接地端子短路；
若所述VA≥所述VAmin，且所述VB≥所述VBmin，则判断无引线端子断线。
11.根据权利要求1-9任一项所述的一种RVDT信号处理电路BIT非在线自测试检测方法，其特征在于，包括四组结构相同的BIT自测试的RVDT信号处理电路，每一组由RVDT信号模拟切换电路及A/D采样电路完成，在BIT非在线自测试检测期间，所述K1A通电，所述K1B的所述动点VB和所述K1C的所述动点VA与常开点连通，所述第一数字电位器N1的输出连接至所述VA端和所述VB端，利用所述第一数字电位器N1两端引出的所述VA端和所述VB端信号仿真模拟RVDT的信号，根据所述VA端对地电压为VAa，所述VB端对地电压为VBb的具体值进行自测试。
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