CN114252766A - 传感器及转角转速信号提取方法 - Google Patents

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CN114252766A
CN114252766A CN202011006513.5A CN202011006513A CN114252766A CN 114252766 A CN114252766 A CN 114252766A CN 202011006513 A CN202011006513 A CN 202011006513A CN 114252766 A CN114252766 A CN 114252766A
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winding
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control signal
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李克翔
杨润东
裴文泽
邓智泉
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Nanjing Cizhihui Motor Co ltd
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing Cizhihui Motor Co ltd
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明提供了一种传感器及转角转速信号提取方法，所述传感器包括第一转角电感线圈、第一径向电感线圈及控制装置；所述主控单元，用于生成驱动控制信号和采样控制信号；所述驱动单元，用于根据所述驱动控制信号分别向两个第一接线端输出相位互补的两个交流电压，以及分别向两个第二接线端输出两个所述交流电压；所述第一电压差分单元，用于将所述第一电位点的电压与所述第二电位点的电压做差分处理，形成第一差分电压；所述第一电压转换单元，用于根据所述采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成与转子的第一方向的转角转速对应的信号。本发明实施例可提高转角转速检测精度，降低整机体积和成本。

Description

传感器及转角转速信号提取方法
技术领域
本发明实施例涉及传感器领域，更具体地说，涉及一种传感器和转角转速信号提取方法。
背景技术
为了克服传统旋转电机存在机械轴承和机械摩擦的不足，出现了各种无接触式磁轴承，即磁悬浮轴承。典型的磁悬浮轴承包括径向磁悬浮轴承、径向推力磁悬浮轴承、径向方向可控的电磁悬浮轴承等。磁悬浮电机是使用磁悬浮轴承将转子以无接触方式装配到定子的电机，随着技术的发展以及环保需求，磁悬浮高速电机的应用越来越广泛。
在对磁悬浮电机等高速旋转机械的控制及状态分析过程中，需要对核心部件转轴的运动状态进行实时的监测，从而对关键信息进行早期判定与决策控制。随着传感器技术的快速发展，结构简单、灵敏度高、抗干扰能力强、测量精度高且非接触测量的电感式传感器逐渐在自动控制领域和测量行业得到广泛应用。区别于传统的接触式位移传感器，电感式传感器利用电磁感应原理将位移变化量转换成电感变化量，再由测量电路转换为电压的变化量输出。
高速旋转机械中的转轴在空间内存在平动和旋转两个运动状态，传统电感式位移传感器仅能测量转轴的平动位移，对于转轴的旋转角度测量还需增加独立的转角传感器，使得系统体积庞大，集成度较低，生产成本变高。
发明内容
本发明实施例针对上述电感式位移传感器无法进行转角测量的问题，提供一种传感器及转角转速信号提取方法。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种传感器，包括第一转角电感线圈、第一径向电感线圈以及控制装置；所述第一转角电感线圈包括两个第一接线端以及串联连接在两个所述第一接线端之间的第一绕组和第二绕组，且所述第一绕组和第二绕组的连接点构成第一电位点；所述第一径向电感线圈包括两个第二接线端以及串联连接在两个所述第二接线端之间的第三绕组和第四绕组，且所述第三绕组和第四绕组的连接点构成第二电位点；所述控制装置包括驱动单元、第一电压差分单元、第一电压转换单元以及主控单元，其中：
所述主控单元，用于生成驱动控制信号和采样控制信号；
所述驱动单元，用于根据所述驱动控制信号分别向两个第一接线端输出相位互补的两个交流电压，以及分别向两个第二接线端输出两个所述交流电压；
所述第一电压差分单元，用于将所述第一电位点的电压与所述第二电位点的电压做差分处理，形成第一差分电压；
所述第一电压转换单元，用于根据所述采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成转子的第一方向的转角转速对应的信号。
优选地，所述控制装置包括第一电压采样单元，且所述第一电压采样单元用于根据所述采样控制信号采样所述第二电位点的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第二电位点的电压生成。
优选地，所述驱动单元输出的两个交流电压为具有相同幅值的方波电压，所述采样控制信号与所述方波电压对应；或
所述驱动单元输出的两个交流电压为具有相同幅值的正弦电压，所述采样控制信号与所述正弦电压对应。
优选地，所述传感器包括定子铁芯，所述定子铁芯包括多个第一定子齿和多个第二定子齿，且所述第一定子齿和第二定子齿位于所述定子铁芯的轴向的不同位置；
所述第一转角电感线圈绕设于所述第一定子齿，所述第一径向电感线圈绕设于所述第二定子齿上，且所述第一转角电感线圈所在的第一定子齿和第一径向电感线圈所在的第二定子齿对应的定子铁芯的圆心角相同。
优选地，所述控制装置还包括第一带通滤波单元和第二带通滤波单元，所述第一电压差分单元包括第一电压输入端和第二电压输入端，且所述第一电位点经由所述第一带通滤波单元与所述第一电压差分单元的第一电压输入端连接，所述第二电位点经由所述第二带通滤波单元与所述第一电压差分单元的第二电压输入端连接。
优选地，所述第一电压转换单元包括采样保持及滤波电路和整流钳位电路，并由所述采样保持及滤波电路根据所述采样控制信号提取所述第一差分电压中的包络线，以及由所述整流钳位电路根据所述第一差分电压中的包络线生成与转角转速对应的脉冲信号。
优选地，所述采样保持及滤波电路包括第一开关元件、第二开关元件、滤波电容、滤波电阻及运算放大器；
所述第一电压差分单元的输出端经由所述第一开关元件与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的输出端经由第二开关元件与所述运算放大器的反相输入端连接，所述滤波电容和滤波电阻串联连接在所述运算放大器的正相输入端和反相输入端之间；
所述第一开关元件和第二开关元件根据所述采样控制信号导通和断开；
所述整流钳位电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和比较器；
所述采样保持及滤波电路的输出端经由第一电阻与所述比较器的反相输入端连接，所述比较器的正相输入端经由第二电阻接地；
所述第一二极管、第二二极管及第四电阻串联连接在所述比较器的反相输入端和所述整流钳位电路的输出端之间，所述第三电阻的一端与所述比较器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与第二二极管和第四电阻的连接点连接；
所述第三二极管和第四二极管串联连接在参考地和供电电压源之间，且所述第三二极管和第四二极管的连接点与所述整流钳位电路的输出端连接。
优选地，所述传感器包括第二转角电感线圈、第二径向电感线圈；所述第二转角电感线圈包括两个第三接线端以及串联连接在两个所述第三接线端之间的第五绕组和第六绕组，且所述第五绕组和第六绕组的连接点构成第三电位点；所述第二径向电感线圈包括两个第四接线端以及串联连接在两个所述第四接线端之间的第七绕组和第八绕组，且所述第七绕组和第八绕组的连接点构成第四电位点；所述控制装置包括第二电压差分单元、第二电压转换单元、第二电压采样单元；
所述驱动单元还用于根据所述驱动控制信号分别向两个第三接线端输出两个所述交流电压，以及分别向两个第四接线端输出两个所述交流电压；
所述第二电压差分单元，用于将所述第三电位点的电压与所述第四电位点的电压做差分处理，并形成第二差分电压；
所述第二电压转换单元，用于根据所述采样控制信号将所述第二差分电压转换为用于生成与转子的第二方向的转角转速对应的信号；
所述第二电压采样单元，用于根据所述采样控制信号采样所述第四电位点的电压，且转子的第二径向方向的位移信号根据采样获得的第四电位点的电压生成。
本发明实施例还提供一种转角转速信号提取方法，包括：
主控单元向驱动单元发送驱动控制信号，使所述驱动单元向第一转角电感线圈中串联的第一绕组和第二绕组的两端分别输出相位互补的两个交流电压，以及向第一径向电感线圈中串联的第三绕组和第四绕组的两端分别输出两个所述交流电压；
通过电压差分单元将所述第一绕组和第二绕组的连接点的电压与所述第第三绕组和第四绕组的连接点的电压做差分处理，并形成第一差分电压；
所述主控单元向电压转换单元发送采样控制信号，使所述电压转换单元根据所述采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成与第一方向的转角转速对应的信号。
优选地，所述方法还包括：所述主控单元向电压采样单元发送所述采样控制信号，使所述电压采样单元根据所述采样控制信号采样所述第三绕组和第四绕组的连接点的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第三绕组和第四绕组的连接点的电压生成。
本发明实施例的传感器及转角转速信号提取方法，通过向第一转角电感线圈和第一径向电感线圈分别输出相位互补的交流电压，并根据在特定时间点采样获得的两个绕组的连接点的电压生成转角转速信号，可大大提高位移传感器的集成度，降低硬件规模，在实现高精度的转角转速检测的同时，使用更少的分立器件，提高了稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的传感器的示意图；
图2是本发明实施例提供的传感器中第一转角电感线圈和第一径向电感线圈的连接结构示意图；
图3是本发明实施例提供的传感器中第一转角电感线圈和第一径向电感线圈所在的定子铁芯的结构示意图；
图4是与本发明实施例提供的传感器中定子铁芯对应的转子的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的传感器中驱动单元输出电压与第一电压采样单元的采样时刻的波形示意图；
图6是本发明实施例提供的传感器中第一电位点的电压的波形示意图；
图7是本发明实施例提供的传感器中第二电位点的电压的波形示意图；
图8是本发明实施例提供的传感器中第一电压差分单元的输出电压的波形示意图；
图9是本发明实施例提供的传感器中采样保持及滤波电路的电路拓扑示意图；
图10是本发明实施例提供的传感器中采样保持及滤波电路从第一差分单元输出电压中提取的包络线的波形示意图；
图11是本发明实施例提供的传感器中采样保持及滤波电路的输出电压的波形示意图；
图12是本发明实施例提供的传感器中整流钳位电路的电路拓扑示意图；
图13是本发明实施例提供的传感器中整流钳位电路的输出电压的波形示意图；
图14是本发明实施例提供的转角转速信号提取方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明实施例提供的传感器的示意图，该传感器可应用于磁悬浮电机等高速电机中的转子的转角转速检测。本实施例的传感器包括第一转角电感线圈11、第一径向电感线圈12以及控制装置。其中，第一转角电感线圈11可在控制装置控制下生成与第一方向的转角转速相关的电压信号，第一径向电感线圈12则可在控制装置控制下生成与第一径向方向的位移相关的电压信号。
结合图2所示，与现有的电感式位置传感器类似，上述第一转角电感线圈11、第一径向电感线圈12均绕设于定子铁芯上，且第一转角电感线圈11包括两个第一接线端以及串联连接在两个第一接线端之间的第一绕组Lx1和第二绕组Lx2(第一绕组Lx1和第二绕组Lx2可分别包括一个或多个线圈)，上述第一绕组Lx1和第二绕组Lx2的连接点构成第一电位点Ux1；第一径向电感线圈12包括两个第二接线端以及串联连接在两个第二接线端之间的第三绕组Lax1和第四绕组Lax2(第三绕组Lax1和第四绕组Lax2可分别包括一个或多个线圈)，且第三绕组Lax1和第四绕组Lax2的连接点构成第二电位点Uax1。
控制装置包括驱动单元13、第一电压差分单元14、第一电压转换单元15、第一电压采样单元16以及主控单元17，上述驱动单元13、第一电压差分单元14、第一电压转换单元15以及主控单元17可集成到同一印制电路板，并通过印制电路板上的导体电性连接。在实际应用中，驱动单元13、第一电压差分单元14、第一电压转换单元15以及主控单元17也可分别集成到不同印制电路板，并通过排线等相互连接。
主控单元17用于生成驱动控制信号和采样控制信号。在本发明的一个实施例中，该主控单元17采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，其可向驱动单元13输出驱动控制信号以及向第一电压采样单元16输出采样控制信号。上述驱动控制信号和采样控制信号可以为低电压(例如幅值为0～3.3V)激励信号。
驱动单元13用于根据主控单元17输出的驱动控制信号向两个第一接线端输出相位互补的两个交流电压，以及分别向两个第二接线端输出两个交流电压。具体地，驱动单元13向第一绕组Lx1的远离第二绕组Lx2的一端、以及第三绕组Lax1的远离第四绕组Lax2的一端输出第一交流电压，同时向第二绕组Lx2的远离第一绕组Lx1的一端、以及第四绕组Lax2的远离第三绕组Lax1的一端输出第二交流电压，上述第一交流电压和第二交流电压构成相位互补的两个交流电压。
第一电压差分单元14用于将第一电位点Ux1的电压与第二电位点Uax1的电压做差分处理，并形成第一差分电压。当转子发生位移时，转子在第一径向方向的位移信号与转子在第一方向的转角转速信号中都会包含位移信息，第一电压差分单元14将上述两个信号做差分，即可消去转角转速信号中的位移信号，只剩下转角转速信号，从而实现转角转速信号的提取。
第一电压转换单元15的输入端与第一电压差分单元14的输出端连接，并用于根据主控单元17输出的采样控制信号将第一差分电压转换为用于生成与转子的第一方向的转角转速对应的信号。上述与转子的第一方向的转角转速对应的信号可上传到主控单元17或其他独立的控制芯片，并由主控单元17或其他独立的控制芯片完成转子的第一方向的转角转速计算。
上述传感器通过向第一转角电感线圈11和第一径向电感线圈12分别输出相位互补的交流电压，并根据在特定时间点采样获得的两个绕组的连接点的电压生成转角转速信号，可大大提高位移传感器的集成度，降低硬件规模，在实现高精度的转角转速检测的同时，使用更少的分立器件，提高了稳定性和可靠性。
在本发明的一个实施例中，上述控制装置还包括第一电压采样单元16，该第一电压采样单元16可与驱动单元13、第一电压差分单元14、第一电压转换单元15以及主控单元17集成到同一印制电路板，并通过印制电路板上的导体电性连接。本实施例中的第一电压采样单元16用于根据主控单元17输出的采样控制信号采样第二电位点Uax1的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第二电位点Uax1的电压生成。上述采样获得的第二电位点Uax1的电压可上传到主控单元17或其他独立的控制芯片，并由主控单元17或其他独立的控制芯片完成转子的第一径向方向的位移计算。
在本发明的一个实施例中，上述传感器包括定子铁芯(例如由硅钢片叠合而成)，结合图3所示，该定子铁芯包括多个第一定子齿31和多个第二定子齿32，且第一定子齿31和第二定子齿32位于定子铁芯的轴向的不同位置；第一转角电感线圈11绕设于第一定子齿31，第一径向电感线圈12绕设于第二定子齿32上，且第一转角电感线圈11所在的第一定子齿31和第一径向电感线圈12所在的第二定子齿32对应的定子铁芯的圆心角相同，即第一转角电感线圈11和第一径向电感线圈12在定子铁芯的周向上并排设置。相应地，结合图4所示，与传感器的定子铁芯对应的转子上具有沿转子的轴向设置的转角检测层42和位移监测层44，且上述转角检测层42和位移监测层44通过非导磁层41、43、45相隔。在传感器的定子铁芯装配到位时，第一转角电感线圈11的位置与转角检测层42的位置相对应，第一径向电感线圈12所在的位置与位移监测层44的位置相对应。通过上述结构，可大大提高定子铁芯的集成度以及检测精度。
此外，上述定子铁芯上还可包括多个第三定子齿33，且该第三定子齿33上可绕设有用于生成与转子的轴向位移对应的信号的轴向电感线圈，控制装置可通过对轴向电感线圈的电压进行处理，生成与转子的轴向位移对应的信号(或生成转子的轴向位移)，即实现转子的轴向位移检测。通过上述方式，可同时实现转子的径向、轴向位移和旋转状态的一体化检测，提高了集成度，降低了整机体积和成本。
结合图5所示，上述驱动单元13输出到第一转角电感线圈11的第一接线端、第一径向电感线圈12的第二接线端的两个交流电压可为方波电压(例如，该方波电压的幅值可为10～15V)，即驱动单元13将主控单元17输出的低压激励信号转换为方波电压。
当电机(例如磁悬浮电机)的转子的位置发生变化时，第一绕组Lx1、第二绕组Lx2、第三绕组Lax1、第四绕组Lax2的电感值发生变化，从而第一电位点Uax1的电压、第二电位点Uax2的电压也发生变化。具体地，在电机转子转动过程中，第一电位点Uax1的电压的波形如图6所示，第二电位点Uax2的电压的波形如图7所示。由于两个交流电压为方波电压，所以经过第一绕组Lx1和第二绕组Lx2以后的信号波形为三角波，且该电压信号为一包含高频载波的信号，转子在第一方向的转角转速信息包含在该信号的包络线上；经过第三绕组Lax1和第四绕组Lax2以后的信号波形为也三角波，且该电压信号为一包含高频载波的信号，转子在第一径向方向的位移信息包含在该信号的包络线上。
第一电压差分单元14通过将第一电位点Uax1和第二电位点Uax2电压做差分处理，获得如图8所示的电压信号，即从转子在第一方向的转角转速信息中去除转子的位移信息，只剩下转角转速信号，从而供后续的第一电压转换单元15进行第一方向的转角转速信号的提取。
此外，除了方波电压外，上述驱动单元13输出的两个交流电压还可采用具有相同幅值的正弦电压，相应地，主控单元17生成的采样控制信号与正弦电压的峰值或谷值处对应。
在本发明的另一实施例中，上述控制装置还可包括第一带通滤波单元和第二带通滤波单元，第一电压差分单元14包括第一电压输入端和第二电压输入端，且第一转角电感线圈11第一电位点Ux1经由第一带通滤波单元与第一电压差分单元14的第一电压输入端连接，第一径向电感线圈12的第二电位点Uax1经由第二带通滤波单元与第一电压差分单元14的第二电压输入端连接。
上述第一带通滤波单元和第二带通滤波单元的中心频率可以为驱动单元13的输出电压的频率，从而滤除输入到第一电压差分单元14的信号中的噪声信号。
在本发明的又一实施例中，第一电压转换单元15包括采样保持及滤波电路和整流钳位电路，并由采样保持及滤波电路根据采样控制信号提取第一差分电压中的包络线(如图10所示)，以及由整流钳位电路根据第一差分电压中的包络线生成与转角转速对应的脉冲信号(如图11所示)。
结合图9所示，采样保持及滤波电路包括第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、滤波电容C0、滤波电阻R0及运算放大器U1。第一电压差分单元14的输出端经由第一开关元件SW1与运算放大器U1的正相输入端连接，该运算放大器U1的输出端经由第二开关元件SW2与其反相输入端连接，滤波电容C0和滤波电阻R0串联连接在运算放大器U1的正相输入端和反相输入端之间。上述第一开关元件SW1和第二开关元件SW2可分别由半导体开关管构成，且第一开关元件SW1和第二开关元件SW2根据采样控制信号导通和断开。
上述采样保持及滤波电路可实现采样保持(将图8所示的三角波信号转换为图10所示的电压曲线)和饱和放大(将图10所示的电压曲线转换为图11所示的方波)处理，最终输出幅值为运算放大器U1的供电电压的方波。
结合图12所示，整流钳位电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和比较器U2。采样保持及滤波电路的输出端经由第一电阻R1与比较器U2的反相输入端连接，比较器U2的正相输入端经由第二电阻R2接地；第一二极管D1、第二二极管D2及第四电阻R4串联连接在比较器U2的反相输入端和整流钳位电路的输出端之间，第三电阻R3的一端与比较器U2的反相输入端连接，且该第三电阻R3的另一端与第二二极管D2和第四电阻D4的连接点连接；第三二极管D3和第四二极管D4串联连接在参考地和供电电压源(3.3V)之间，且第三二极管D3和第四二极管D4的连接点与整流钳位电路的输出端连接。
整流钳位电路可实现精密整流与电压钳位，消除采样保持及滤波电路输出电压的负半周电压，将脉冲信号限制在0～3.3V之间，变成如图13所示的可供主控单元17或其他芯片可以识别的信号。主控单元17或其他芯片可对上述信号中的脉冲进行拾取，实现转子在第一方向的转角和转速信息的解算。
在本发明的一实施例中，上述第一采样单元16可包括模数转换芯片、采样电阻、电压处理电路，且采样电阻串联连接在第二电位点Uax1与参考地之间；模数转换芯片经由电压处理电路连接到第二电位点Uax1，并通过电压处理电路去除第二电位点Uax1的电压中的低频以及高频成分。模数转换芯片在来自主控单元17的采样控制信号为预设电平时将第二电位点Uax1的电压转换为数字信号。上述数字信号可上传到主控单元17或其他芯片，从而主控单元17或其他芯片可根据该数字信号，实现转子在第一径向方向的位移信息的解算。
当第一电压转换单元15和第一电压采样单元16将其生成的信号上传到主控单元17，并由主控单元17解算转子在第一方向的转角转速信息及位移信息时，上述主控单元17还可集成有数字滤波器，并通过数字滤波器去除第一电压转换单元15和第一电压采样单元16上传的信号中的干扰信号，即通过数字滤波器对输入的位移信息进行滤波处理，保证后续控制的稳定性与可靠性。上述数字滤波器具体可采用RC数字滤波器、巴特沃兹数字滤波器、FIR(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应)数字滤波器、IIR(InfiniteImpulse Response,无限脉冲响应)数字滤波器等。
此外，在本发明的又一实施例中，上述传感器还可包括第二转角电感线圈、第二径向电感线圈；其中第二径向电感线圈包括两个第三接线端以及串联连接在两个第三接线端之间的第五绕组和第六绕组，且所述第五绕组和第六绕组的连接点构成第三电位点；第二转角电感线圈包括两个第四接线端以及串联连接在两个第四接线端之间的第七绕组和第八绕组，且第七绕组和第八绕组的连接点构成第四电位点。
相应地，控制装置包括第二电压差分单元、第二电压转换单元、第二电压采样单元；驱动单元还用于根据所述驱动控制信号分别向两个第三接线端输出两个交流电压，以及分别向两个第四接线端输出两个交流电压；第二电压差分单元用于将第三电位点的电压与所述第四电位点的电压做差分处理，并形成第二差分电压；第二电压转换单元用于根据采样控制信号将第二差分电压转换为用于生成与转子的第二方向的转角转速对应的信号；第二电压采样单元用于根据采样控制信号采样所述第四电位点的电压，且转子的第二径向方向的位移信号根据采样获得的第四电位点的电压生成。
通过上述方式，可实现转子的第二方向的转角转速及位移信息的获取，上述第二径向方向与第一径向方向均在转子的径向平面内，且第二径向方向和第一径向方向之间具有夹角，例如第二径向方向可与第一径向方向垂直。转子的第二方向的转角转速及位移信息的获取方式，与转子的第一方向的转角转速及位移信息的获取方式相同，在此不再赘述。
上述第二方向的转角转速可定义为系统的正转方向或反转方向，第一方向的转角转速可定义为与第二方向相反的方向。
如图14所示，是本发明实施例提供的转角转速信号提取方法的流程示意图，该方法可集成到传感器的控制装置，且该方法包括：
步骤S141：主控单元(例如，该主控单元可采用现场可编程门阵列)向驱动单元发送驱动控制信号，使驱动单元向第一转角电感线圈中串联的第一绕组和第二绕组的两端分别输出相位互补的两个交流电压，以及向第一径向电感线圈中串联的第三绕组和第四绕组输出两个同样的交流电压。
上述驱动控制信号可以为低电压(例如幅值为0～3.3V)激励信号。具体地，驱动单元向第一绕组的远离第二绕组的一端，以及第三绕组的远离第四绕组的一端输出第一交流电压；向第二绕组的远离第一绕组的一端，以及第四绕组的远离第三绕组的一端输出第一交流电压。上述第一交流电压和第二交流电压构成互补的两个交流电压。
在本发明的一个实施例中，驱动单元输出的两个交流电压可为占空比为50％，且方波电压的频率为10kHz～20kHz。此外，驱动单元输出的两个交流电压也可为正弦电压。
步骤S142：通过电压差分单元将第一绕组和第二绕组的连接点的电压与第三绕组和第四绕组的连接点的电压做差分处理，并形成第一差分电压。
当转子发生位移时，转子在第一径向方向的位移信号与转子在第一方向的转角转速信号中都会包含位移信息，第一电压差分单元可将上述两个信号做差分，即可消去转角转速信号中的位移信号，只剩下转角转速信号，从而实现转角转速信号的提取。
步骤S143：主控单元向电压转换单元发送采样控制信号，使电压转换单元根据采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成与第一方向的转角转速对应的信号。上述与转子的第一方向的转角转速对应的信号可上传到主控单元或其他独立的控制芯片，并由主控单元或其他独立的控制芯片完成转子的第一方向的转角转速计算。
步骤S144：主控单元向电压采样单元发送采样控制信号，使电压采样单元根据采样控制信号采样第三绕组和第四绕组的连接点的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第三绕组和第四绕组的连接点的电压生成。上述采样获得的第二电位点的电压可上传到主控单元或其他独立的控制芯片，并由主控单元或其他独立的控制芯片完成转子的第一径向方向的位移计算。
本实施例中的转角转速信号提取方法与上述图1-12对应实施例中的位移传感器属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的位移传感器实施例，且位移传感器实施例中的技术特征在本方法实施例中均对应适用，这里不再赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器，其特征在于，包括第一转角电感线圈、第一径向电感线圈以及控制装置；所述第一转角电感线圈包括两个第一接线端以及串联连接在两个所述第一接线端之间的第一绕组和第二绕组，且所述第一绕组和第二绕组的连接点构成第一电位点；所述第一径向电感线圈包括两个第二接线端以及串联连接在两个所述第二接线端之间的第三绕组和第四绕组，且所述第三绕组和第四绕组的连接点构成第二电位点；所述控制装置包括驱动单元、第一电压差分单元、第一电压转换单元以及主控单元，其中：
所述主控单元，用于生成驱动控制信号和采样控制信号；
所述驱动单元，用于根据所述驱动控制信号分别向两个第一接线端输出相位互补的两个交流电压，以及分别向两个第二接线端输出两个所述交流电压；
所述第一电压差分单元，用于将所述第一电位点的电压与所述第二电位点的电压做差分处理，形成第一差分电压；
所述第一电压转换单元，用于根据所述采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成转子的第一方向的转角转速对应的信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述控制装置包括第一电压采样单元，且所述第一电压采样单元用于根据所述采样控制信号采样所述第二电位点的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第二电位点的电压生成。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述驱动单元输出的两个交流电压为具有相同幅值的方波电压，所述采样控制信号与所述方波电压对应；或
所述驱动单元输出的两个交流电压为具有相同幅值的正弦电压，所述采样控制信号与所述正弦电压对应。
4.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括定子铁芯，所述定子铁芯包括多个第一定子齿和多个第二定子齿，且所述第一定子齿和第二定子齿位于所述定子铁芯的轴向的不同位置；
所述第一转角电感线圈绕设于所述第一定子齿，所述第一径向电感线圈绕设于所述第二定子齿上，且所述第一转角电感线圈所在的第一定子齿和第一径向电感线圈所在的第二定子齿对应的定子铁芯的圆心角相同。
5.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述控制装置还包括第一带通滤波单元和第二带通滤波单元，所述第一电压差分单元包括第一电压输入端和第二电压输入端，且所述第一电位点经由所述第一带通滤波单元与所述第一电压差分单元的第一电压输入端连接，所述第二电位点经由所述第二带通滤波单元与所述第一电压差分单元的第二电压输入端连接。
6.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第一电压转换单元包括采样保持及滤波电路和整流钳位电路，并由所述采样保持及滤波电路根据所述采样控制信号提取所述第一差分电压中的包络线，以及由所述整流钳位电路根据所述第一差分电压中的包络线生成与转角转速对应的脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述采样保持及滤波电路包括第一开关元件、第二开关元件、滤波电容、滤波电阻及运算放大器；
所述第一电压差分单元的输出端经由所述第一开关元件与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的输出端经由第二开关元件与所述运算放大器的反相输入端连接，所述滤波电容和滤波电阻串联连接在所述运算放大器的正相输入端和反相输入端之间；
所述第一开关元件和第二开关元件根据所述采样控制信号导通和断开；
所述整流钳位电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和比较器；
所述采样保持及滤波电路的输出端经由第一电阻与所述比较器的反相输入端连接，所述比较器的正相输入端经由第二电阻接地；
所述第一二极管、第二二极管及第四电阻串联连接在所述比较器的反相输入端和所述整流钳位电路的输出端之间，所述第三电阻的一端与所述比较器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与第二二极管和第四电阻的连接点连接；
所述第三二极管和第四二极管串联连接在参考地和供电电压源之间，且所述第三二极管和第四二极管的连接点与所述整流钳位电路的输出端连接。
8.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括第二转角电感线圈、第二径向电感线圈；所述第二转角电感线圈包括两个第三接线端以及串联连接在两个所述第三接线端之间的第五绕组和第六绕组，且所述第五绕组和第六绕组的连接点构成第三电位点；所述第二径向电感线圈包括两个第四接线端以及串联连接在两个所述第四接线端之间的第七绕组和第八绕组，且所述第七绕组和第八绕组的连接点构成第四电位点；所述控制装置包括第二电压差分单元、第二电压转换单元、第二电压采样单元；
所述驱动单元还用于根据所述驱动控制信号分别向两个第三接线端输出两个所述交流电压，以及分别向两个第四接线端输出两个所述交流电压；
所述第二电压差分单元，用于将所述第三电位点的电压与所述第四电位点的电压做差分处理，并形成第二差分电压；
所述第二电压转换单元，用于根据所述采样控制信号将所述第二差分电压转换为用于生成与转子的第二方向的转角转速对应的信号；
所述第二电压采样单元，用于根据所述采样控制信号采样所述第四电位点的电压，且转子的第二径向方向的位移信号根据采样获得的第四电位点的电压生成。
9.一种转角转速信号提取方法，其特征在于，包括：
主控单元向驱动单元发送驱动控制信号，使所述驱动单元向第一转角电感线圈中串联的第一绕组和第二绕组的两端分别输出相位互补的两个交流电压，以及向第一径向电感线圈中串联的第三绕组和第四绕组的两端分别输出两个所述交流电压；
通过电压差分单元将所述第一绕组和第二绕组的连接点的电压与所述第第三绕组和第四绕组的连接点的电压做差分处理，并形成第一差分电压；
所述主控单元向电压转换单元发送采样控制信号，使所述电压转换单元根据所述采样控制信号将所述第一差分电压转换为用于生成与第一方向的转角转速对应的信号。
10.根据权利要求9所述的转角转速信号提取方法，其特征在于，所述方法还包括：所述主控单元向电压采样单元发送所述采样控制信号，使所述电压采样单元根据所述采样控制信号采样所述第三绕组和第四绕组的连接点的电压，且转子的第一径向方向的位移信号根据采样获得的第三绕组和第四绕组的连接点的电压生成。
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