CN1118507A - 线性电压差动变压器的同步位置解调装置及其解调方法 - Google Patents

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Abstract

用于线性电压差动变压器的解调器，其中，解调器调节变压器中的相移，并保持了变压器的全带宽。解调器首先对信号的正半周期或负半周期中任一者进行计数并随后在对所计数得到的半周期之一半进行递减计数的同时对正弦信号的幅值进行采样，从而在变压器次级绕组之一上得到正弦信号的最大正向或负向幅值。当递减计数值达到零时采样结束。

Description

线性电压差动变压器的同步位置解调装置及其解调方法
本发明涉及对用来进行位置检测的线性电压差动变压器(LVDT)的应用，尤其涉及对LVDT的次级电压的解调。
在控制系统中(LVDT)被用来提供一电压，该电压代表了被控制装置例如一个阀门的位置。众所周知，LVDT带有一个初级绕组和两个次级绕组，所述初级绕组接受正弦激励电压。LVDT还带有一铁芯，它连接至驱动器，该驱动器提供输入以改变被控制装置的位置。当驱动器之输出发生变化从而改变被控装置的位置时，铁芯相对于LVDT的初级和次级绕组移动，从而改变位于次级绕组之输出端上的交流电压的幅值。
将LVDT每一次级绕组的输出端连接至解调器，所述解调器的输出端上输出一直流信号，该信号代表了被控制装置的位置。该直流信号被用作系统中的位置反馈信号，它用来控制被控装置的位置。
一种为本领域技术人员所共知的所述解调器使用一采样/保持放大器，该放大器与LVDT的初级绕组相互同步地被一脉冲选通，从而在LVDT次级绕组上提取到交流信号的波峰或波谷电压。然而，该解调器并不调节LVDT中的相移，其结果是，将产生较低的信噪比，并导致随着时间产生其它的误差且发生温度变化。因此，这种解调器需进行频率再校准。
另一种所述的众所周知的解调器，它对LVDT次级绕组输出端上的正弦波信号进行整流和滤波，由此得到这些信号的均方根(RMS)值。
这种众所周知的解调器在解决了上述相移问题的同时，由于解调器中所需的大范围滤波，其带宽有很大损耗。因此，需要有这样一种用于LVDT的解调器，它既能解决相移问题，同时又能保持全LVDT带宽。本发明的解调器符合这些要求。
一种用于正弦波信号的解调器，它包括一计数器，该计数器根据时钟信号对半个周期的正弦波信号进行计数，当正弦波信号在一方向上幅值过零时它开始计数，且当正弦波信号在相反方向上幅值过零时它结束计数。计数结束时，计数器保持了代表该半个周期的计数值。
解调器还包括另一计数器，同样地当正弦波信号在一方向上下一次幅值过零时它根据时钟信号对表示半个周期的计数值进行计数，解调器还包括一采样和保持放大器，它对正弦波信号的幅度进行采样，当另一计数器在半周期表示的计数值的一半计数中到达第一预定计数值时开始幅值采样，且当另一计数器计数值到达第二预定计数值时结束采样，由此在采样结束时，放大器保持了正弦波信号的最大幅值。
一种对正弦波信号进行解调的方法，该方法包括这样的步骤：当正弦波信号在一个方向上下一次幅值过零时，根据时钟信号在计数器中对正弦波信号半个周期代表计数值进行计数。并在当正弦波信号在相反方向上幅值经过零时结束计数。当计数结束时，半个周期的计数表示保持了表示半个周期的计数值。该方法还包括这样的步骤：当正弦波信号在一个方向上、下一幅值过零时，根据时钟信号在另一计数器中对正弦波信号半个周期代表计数值进行计数。该方法还包括这样的步骤，使用采样和保持放大器装置对正弦波信号进行采样，当另一装置在对半周期代表计数值的一半进行计数中到达一第一预定计数值时开始采样，当另一装置计数值到达第二预定计数值时停止采样，从而当采样结束时，放大器装置保持了正弦波信号的最大幅值。
仅有的一张附图示出了本发明之解调器电路的简略框图，该电路用于LVDT之两个次级绕组中的一个。
现参照附图，图中表示了根据本发明而实施的解调器电路10的简略框图，该解调器电路10用于LVDT(未示出)两个次级绕组之一的输出端上。如在下文中将详述的那样，图中的电路10用来检测正弦波电压的最大正向幅值，即峰值，该正弦波电压位于电路10所连接的LVDT次级绕组的输出端上。
解调器电路10包括零值跨越检测电路12，它用来检测出现在电路10之输入10a上的LVDT次级绕组正弦波电压的过零。电路12的输出端连接至高速递增计数器14的启动/截止输入端。溢出检测电路16的清零输入端和高速递减计数器18的启动/截止端。计数器14和计数器18的时钟输入端被连接以接收程控频率的时钟信号。
每当电路12检测到正向行波过零时计数器14被启动，每当电路12检测到负向行波过零时计数器14被截止。因此，计数器14对LVDT次级绕组交流电压的正半周期进行计数。
紧接着电路12检测到反向行波过零且在电路12接下来检测到正向行波过零之前，计数器14中的计数值的一半被传送到递减计数器18，且计数器14清零。当电路12检测到下一正向行波过零时计数器18被截止。因此，在计数器14开始递增计数的同时计数器18开始递减计数。
计数器18中的计数值到达一预定计数值时，产生一脉冲输入到采样/保持放大器20。放大器根据该脉冲进入采样方式。当计数器18中的计数值到达零时，输入放大器20的脉冲结束，从而停止采样方式，并捕捉此时正弦波电压的幅值，因此，放大器20的采样方式与LVDT之次级绕组上正弦波电压是同步的。
由于计数器18中的原计数值是计数器14中的前计数值的一半，由放大器20捕捉到的正弦电压幅值应为正弦电压的峰值。放大器20在电路10的输出端10b上提供了一直流信号，它对应于所捕捉到的正弦电压的幅值。
可以理解，尽管如上文所述计数器18可用作递减计数，它可以用递增计数器来代替。此时，递增计数器的预定计数值将对应于正弦信号的最大幅值。
将电路10作为其中之一部分的控制系统还可包括一微处理器(未示出)，它被连接从而通过一模拟数字变换器(未示出)来接收输出端10b上的直流信号。由于一些采样/保持放大器带有很高的采样补偿，在采样方式期间这将降低准确性，因此，解码器10还包括数字化启动电路22，它是计数器形式，它在电路10的输出端10c上提供一信号，从而启动或截止模拟/数字变换器。在采样方式期间模拟/数字变换器被截止，从而可防止在采样方式期间对输出输端10b上的信号进行数字化。
可对时钟信号的频率序控制的以反应各个LVDT的不同的理想操作频率。时钟频率的这种程控性使得在将计数器14和18之复杂性降至最低的条件下，得到最大的准确性成为可能。
如上文所述，解调器10还包括溢出检测电路16，在放大器20呈采样方式时它被置位，而在计数器14被载止时它被清零。正弦电压在输入端10a上的损耗将避免电路16的消零。以本领域技术人员所共知的方法将电路16的输出端通过逻辑电路(未示出)连接至计数器14和18，从而如果LVDT的次级绕组上有电压损耗，便断开这些计数器。电路16也被连接到微处理器，从而如果LVDT次级绕组电压中有损耗便通知该装置。因此，电路16确保了LVDT次级绕组上电压的任何损耗均不引起错误位置反馈值。
可以理解，可将与电路10相同的解调器电路连接至其它LVDT次级绕组的输出端上。也可以理解可用其它解调器电路检测LVDT正弦输出电压的最大负向幅值，即波谷电压。
同样可以理解，另一电路10用与上述用来检测峰值的电路相同的方式来检测波谷电压所不同的是，它检测到负向行波过零时提供一启动信号，它检测到正向行波过零时提供一截止信号。同样可以理解，把电路10和另一电路10之输出端10b上的直流幅值相加以用作代表被控装置之位置的反馈信号，且通过连接至输出端10b的模拟/数字变换器将该相加后的直流信号输入微处理器。
可以理解，对较佳实施例所作的描述目的仅在于对本发明进行说明，而并不是为了将本发明局限于所述的实施例。一般技术人员可对所揭示的内容进行某些增加、削减和/或修改，这将不会偏离如所附权项中所确定的本发明的精神或其范围。

Claims (13)

1.一种正弦波信号的解调器，其特征在于，包括
a)第一装置，它根据时钟信号对所述正弦信号的半个周期进行计数，当所述正弦信号在一个方向上幅值过零时它开始计数，当所述正弦信号在相反方向上幅值过零时它结束计数，所述计数结束时所述第一装置保持一代表所述半个周期的计数值；
b)第二装置，当所述正弦信号在所述一个方向上下一次幅值过零时，它根据所述时钟信号对所述半周期代表计数值的一半进行计数；和
c)采样和保持放大器装置，它对所述正弦信号的幅值进行采样，当所述第二装置在它对所述半周期代表计数值的一半进行计数时到达第一预定计数值时它开始采样，当所述第二装置计数值达到一第二预定计数值时结束采样，从而当采样结束时，所述放大器装置保持所述正弦波信号的最大幅值。
2.如权利要求1所述的解调器，其特征在于，还包括用来确定所述正弦信号在所述一方向和在所述相反方向上何时幅值过零的装置。
3.如权利要求2所述的解调器，其特征在于，还包括这样的装置，如果所述用来确定所述正弦信号何时幅值过零的装置未确定所述正弦信号在所述相反方向上幅值过零，则提供一信号以选通所述第一装置和所述第二装置。
4.如权利要求1所述的解调器，其特征在于，还包括这样的装置，它用来提供一代表了时间间隔的输出信号，该时间间隔在所述第二装置计数值到达所述第一预定计数值时开始，而在所述第二装置计数值到达所述第二预定计数值时结束。
5.如权利要求2所述的解调器，其特征在于，还包括这样的装置，它提供一代表了时间间隔的输出信号，该时间间隔在所述第二装置计数值到达所述第一预定计数值时开始，且在所述第二装置计数值到达所述第二预定计数值时结果。
6.如权利要求1所述的解调器，其特征在于，所述第二计数器的第二预定计数值为零。
7.如权利要求4所述的解调器，其特征在于，所述第二计数器的所述第二预定计数值为零。
8.如权利要求5所述的解调器，其特征在于，所述第二计数器的所述第二预定计数值为零。
9.一种对正弦信号进行解调的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在第一装置中根据时钟信号对所述正弦信号的半个周期进行计数，当所述正弦信号在一个方向上幅值过零时开始计数，而当所述正弦信号在相反方向上幅值过零时结束计数，当所述计数结束时所述第一装置保持代表了所述半周期的计数值；
b)当所述正弦信号在所述一方向上下一次幅值过零时，在第二装置中根据时钟信号对所述半周期代表计数值的一半进行计数；和
c)使用一采样和保持放大器装置对所述正弦信号的幅值进行采样，当所述第二装置计数值在对所述半周期代表计数值的一半计数达到第一预定计数值时开始采样，当所述第二装置计数值达到一第二预定计数值时结束采样，从而当采样结束时，所述放大器装置保持了所述正弦信号的最大幅值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括这样的步骤，在所述对所述时钟信号的半周期进行计数的步骤之前确定所述正弦信号何时在所述一个方向上和在所述相反方向上幅值过零。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括这样的步骤，如果用来确定所述正弦信号何时幅值过零的所述装置未确定所述正弦信号在所述相反方向上过零，则提供一信号以选通所述第一装置和所述第二装置。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括这样的步骤，它提供一代表了时间间隔的输出信号，该时间间隔从所述第二装置计数值达到所述第一预定计数值时开始，至所述第二装置计数值达到所述第二预定计数值时结束。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括这样的步骤，它提供一代表了时间间隔的输出信号，所述时间间隔从所述第二装置计数值达到所述第一预定计数值时开始，至所述第二装置计数值达到所述第二预定计数值时结束。
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