CN116436443A - 一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法 - Google Patents
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Abstract
一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法，该方法使用故障自诊断电路，包括边沿检测电路、中点产生电路、相移检测电路、旋变信号幅值检测电路、参考信号幅值检测电路、信号阶跃检测电路及故障信号检测电路；所述边沿检测电路的输入端与外部输入的旋变信号、参考信号及时钟信号连接，所述故障信号检测电路的输出是一个指示是否故障的数字信号，其低电平表示转换器检测到异常，高电平表示转换器未检测到异常。本发明通过实时检测转换器输入旋变信号和参考信号的幅值、变化率及相位差实现对转换器输入量和转换器自身工作状态的监测并将监测结果输出，从而提高了转换器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及模拟信号到数字转换技术领域，特别是一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法。
背景技术
旋变到数字转换器是伺服控制系统中的关键器件之一，在系统中用于对位置/角度模拟量的数字化转换，并通过标准接口电路与上位机连接，实现位置/角度数据信息的实时读取，目前，旋变到数字转换器主要应用于有高可靠性要求的航天、航空、兵器、舰船等重要武器系统中。
旋变到数字转换器内部通常设计有信号调理电路、固态控制变压器、交流放大、合成参考、相位解调、积分器、压控振荡器、可逆计数器等，可以实现旋变到数字信号转换；但是，现有旋变到数字转换电路缺少对输入信号以及电路自身工作状态的检测，当外部输入信号（包含旋变信号和参考信号）或者转换器内部电路（包含信号调理电路、固态控制变压器、交流放大等电路）异常时，现有旋变到数字转换器方案无法准确全面地检测出故障并向上位机发送故障信号，导致整个旋变信号转换和采集系统的可靠性大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法，该方法可实现对转换器输入信号和转换器自身工作状态的检测，并将检测结果以高低电平的形式输出，其中高电平“1”表示检测结果正常，低电平“0”表示转换器检测结果异常。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法，该方法使用故障自诊断电路，故障自诊断电路包括边沿检测电路、中点产生电路、相移检测电路、旋变信号幅值检测电路、参考信号幅值检测电路、信号阶跃检测电路、故障信号检测电路；
所述边沿检测电路的输入端与外部输入的旋变信号、参考信号及时钟信号连接，所述故障信号检测电路的输出是一个指示是否故障的数字信号，其低电平表示转换器检测到异常，高电平表示转换器未检测到异常。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，该方法具体步骤如下：
（1）接收参考方波、信号幅值检测方波和时钟信号，产生参考方波边沿脉冲，输入给中点产生电路；
（2）接收参考方波边沿脉冲和时钟信号，通过计数器和比较器后产生中点脉冲信号；
（3）对旋变信号与参考信号相位差的检测、对旋变信号幅值的检测、对参考信号幅值的检测以及对信号是否产生阶跃的检测；
（4）综合旋变信号幅值检测信号、参考幅值检测信号、内外参考求差信号以及输出数据阶跃检测信号，最后通过故障信号检测电路输出故障指示信号。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，所述边沿检测电路，用于接收参考方波、信号幅值检测方波和时钟信号，产生参考方波边沿脉冲，输入给中点产生电路；
所述中点产生电路，用于接收参考方波边沿脉冲和时钟信号，通过计数器和比较器后产生中点脉冲信号；
所述相移检测电路，用于对旋变信号与参考信号相位差的检测；
所述旋变信号幅值检测电路，用于对旋变信号幅值的检测；
所述参考信号幅值检测电路，用于对参考信号幅值的检测；
所述信号阶跃检测电路，用于对信号是否产生阶跃的检测；
所述故障信号检测电路，用于融合信号幅值检测信号、参考幅值检测信号、内外参考求差信号以及输出数据阶跃检测信号，当这四个输入信号中之一报错时，故障信号检测电路的输出为低电平，正常情况故障信号检测电路的输出一直为高电平。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，所述相移检测电路用于对旋变信号与参考信号相位差的检测，当电路出现180°假零位或参考和信号相移超过45°时，电路输出为高电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，所述旋变信号幅值检测电路用于对旋变信号幅值的检测，当2个输入信号都低于800mV时，电路输出为低电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，所述参考信号幅值检测电路用于对参考信号幅值的检测，当参考信号电压是否低于800mV时，电路输出为低电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，所述信号阶跃检测电路用于对信号是否产生阶跃的检测，当输出数据变化超过100LSB，即误差检测系统中出现巨大误差时，电路输出为高电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
与现有技术相比，本发明提供的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，实现了对旋变信号幅值检测、参考信号幅值检测、信号相移检测以及旋变信号阶跃检测，并根据检测结果，输出一个故障指示信号，其中高电平“1”表示检测结果正常，低电平“0”表示转换器检测结果异常。
附图说明
图1为本发明的故障自诊断电路图；
图2为本发明的边沿检测电路图；
图3为本发明的中点产生电路图；
图4为本发明的相移检测电路图；
图5为本发明的旋变信号幅值检测电路图；
图6为本发明的参考信号幅值检测电路图；
图7为本发明的信号阶跃检测电路图；
图8为本发明的故障信号检测电路图；
图9为本发明的外参考产生电路；
图10为本发明的波形图；
图11为本发明的内参考幅值图；
图12为本发明的旋变到数字转换电路框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，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。
如图1所示，一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法，该方法使用故障自诊断电路，包括边沿检测电路、中点产生电路、相移检测电路、旋变信号幅值检测电路、参考信号幅值检测电路、信号阶跃检测电路、故障信号检测电路等；
边沿检测电路见图2，电路接收参考方波、信号幅值检测方波和时钟信号，产生参考方波边沿脉冲，输入给中点产生电路，此电路中使用时钟为2倍的基准时钟；
当C点电压逻辑电平为0时，U3处于清0状态，输出为0。只有当A点电压和B点电压逻辑电平同为0时，U3才会处于工作状态，输出参考方波边沿脉冲信号。要使A点电压为逻辑电平0，只有在参考方波电平发生变化时，异或门才会输出0；要使B点电压为逻辑电平0，则U2需要清零；
边沿检测电路中用到的参考方波产生电路如图9所示，参考信号RH和RL为正弦波信号，经过比较器后正弦波的正半部分转换成参考方波的高电平，正弦波的负半部分转换成参考方波的低电平，参考方波如图10所示；
边沿检测电路中用到的信号幅值检测电路如图5所示，旋变信号中的正弦信号记为SIN，旋变信号中的余弦信号记为COS，其中VREF+为+800mV，VREF-为-800mV；当SIN信号绝对值小于800mV时，比较器的输出为方波的低电平，当SIN信号绝对值大于800mV时，比较器的输出为方波的高电平；当COS信号绝对值小于800mV时，比较器的输出为方波的低电平；当COS信号绝对值大于800mV时，比较器的输出为方波的高电平；SIN信号方波和COS信号方波如图10所示；
中点产生电路见图3，当检测故障指示信号时，转换电路应处于采样状态，此时的检测信号应为有效；参考峰值时能反映此时系统状态，故在每个参考峰值时检测故障信号即可；由于转换器参考频率固定，边沿检测电路产生的脉冲频率相等，可以通过计数器记得前2个脉冲的时间，在之后的时间中点上产生一个脉冲；
电路中使用的时钟信号为40倍的基准时钟，在外部没有边沿脉冲信号输入时，此电路也会有脉冲产生，以配合之后的故障信号检测电路；
将中点产生电路产生的中点脉冲来做故障指示信号的检测时钟，可保证在参考最大值时检测故障指示信号，从而提高了故障指示信号的可靠性；
相移检测电路见图4，其中U1、U2、U3、U4幅值如图11所示：
正常情况下，U5、U6是同相位方波，当出现有180°输入阶跃时，U3、U4幅值反，使U5与U6反相，从而使内外参考求差信号为高，再通过图8电路使故障指示信号为低电平，从图10中也可以看出，信号与参考相移最大可达45°，当参考信号和信号信号相移超过45°时，通过图8电路使故障指示信号为低电平；
旋变信号幅值检测电路见图5，其中VREF±为±800mV，其产生波形如图10中关系：
如果2个输入信号（sin and cos）都低于800mV，BIT信号就会变低。转换器正常工作情况下，SIN或COS信号总有一个是大于这个值的，只有这2个信号都低于800mV，电路输出才为低电平，再通过图8电路使故障指示信号为低电平；
参考信号幅值检测电路见图6，图中K1、K3为高电平导通，K2、K4为低电平导通；Q2为图2中Q2是40倍基准时钟；VREF+为800mV，C2的容值是C1的5倍；开关K1、K2、K3、K4使电容C1总是处于充电状态，开关K5、K6使C1周期性给C2充电，整个电路周期性对参考信号能量进行检测，正常情况下A点电压是大于VREF+的，参考幅值检测信号输出高电平，当参考信号幅值过小时，A点电压降低小于800mV，从而比较器输出为低，参考幅值检测信号为低，再通过图8电路使故障指示信号为低电平；
信号阶跃检测电路见图7，图中Q2为3/4系统时钟频率，C2的容值是C1的300倍，相敏输出为幅值随误差变化的馒头波，参考电压VREF±为±1.25V，当输出数据阶跃时，误差电压会有很高的幅值，相敏输出电压使C2的电压超过参考电压（这时输出数据变化超过100LSB，即误差检测系统中出现巨大误差），从而使输出数据阶跃检测信号变为高，再通过图8电路使故障指示信号为低电平；
故障信号检测电路见图8，故障信号检测电路的输入包含信号幅值检测信号、参考幅值检测信号、内外参考求差信号以及输出数据阶跃检测信号，当这四个输入信号中之一报错时，故障指示信号输出变为低电平，正常情况故障指示信号一直为高电平；
旋变到数字转换电路框图见图12，电路包含信号调理电路、高精度固态控制变压器、误差放大器、相敏解调器、积分器、压控振荡器、可逆计数器、输出锁存器等几大部分，其中SIN、COS信号是旋变信号经过信号调理电路后产生，RH、RL信号是参考信号经过信号调理电路后产生，相敏输出电压是相敏解调器的输出。
Claims (7)
1.一种旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：该方法使用故障自诊断电路，故障自诊断电路包括边沿检测电路、中点产生电路、相移检测电路、旋变信号幅值检测电路、参考信号幅值检测电路、信号阶跃检测电路、故障信号检测电路；
所述边沿检测电路的输入端与外部输入的旋变信号、参考信号及时钟信号连接，所述故障信号检测电路的输出是一个指示是否故障的数字信号，其低电平表示转换器检测到异常，高电平表示转换器未检测到异常。
2.根据权利要求1所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
（1）接收参考方波、信号幅值检测方波和时钟信号，产生参考方波边沿脉冲，输入给中点产生电路；
（2）接收参考方波边沿脉冲和时钟信号，通过计数器和比较器后产生中点脉冲信号；
（3）对旋变信号与参考信号相位差的检测、对旋变信号幅值的检测、对参考信号幅值的检测以及对信号是否产生阶跃的检测；
（4）综合旋变信号幅值检测信号、参考幅值检测信号、内外参考求差信号以及输出数据阶跃检测信号，最后通过故障信号检测电路输出故障指示信号。
3.根据权利要求1或2所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：所述边沿检测电路，用于接收参考方波、信号幅值检测方波和时钟信号，产生参考方波边沿脉冲，输入给中点产生电路；
所述中点产生电路，用于接收参考方波边沿脉冲和时钟信号，通过计数器和比较器后产生中点脉冲信号；
所述相移检测电路，用于对旋变信号与参考信号相位差的检测；
所述旋变信号幅值检测电路，用于对旋变信号幅值的检测；
所述参考信号幅值检测电路，用于对参考信号幅值的检测；
所述信号阶跃检测电路，用于对信号是否产生阶跃的检测；
所述故障信号检测电路，用于融合信号幅值检测信号、参考幅值检测信号、内外参考求差信号以及输出数据阶跃检测信号，当这四个输入信号中之一报错时，故障信号检测电路的输出为低电平，正常情况故障信号检测电路的输出一直为高电平。
4.根据权利要求3所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：所述相移检测电路用于对旋变信号与参考信号相位差的检测，当电路出现180°假零位或参考和信号相移超过45°时，电路输出为高电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
5.根据权利要求3所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：所述旋变信号幅值检测电路用于对旋变信号幅值的检测，当2个输入信号都低于800mV时，电路输出为低电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
6.根据权利要求3所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：所述参考信号幅值检测电路用于对参考信号幅值的检测，当参考信号电压是否低于800mV时，电路输出为低电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
7.根据权利要求3所述的旋变到数字转换器中故障自诊断方法，其特征在于：所述信号阶跃检测电路用于对信号是否产生阶跃的检测，当输出数据变化超过100LSB，即误差检测系统中出现巨大误差时，电路输出为高电平，再通过后级电路使故障指示信号输出为低电平。
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