CN86200563U - 具有直角坐标—极坐标变换电路的动平衡电测箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于动平衡电测箱中的正弦波调制型直角坐标—极坐标变换电路。本实用新型用正、余弦波形成电路，调制电路、极性转换电路、加法电路等组成的正弦波调制电路来实现直角坐标—极坐标的变换。

Description

本实用新型是具有直角座标——极座标变换电路的动平衡电测箱。

动平衡机中不平衡信号ASin（ω₁t＋θ）通过乘法、滤波电路后输出二个互相垂直的分量（直流信号）。在通常情况下，以极座标形式指示不平衡量值和相角较为直观，因此就必须将上述的直流信号进行处理，即进行直角座标——极座标变换。

目前在动平衡测量中，直角座标——极座标变换，通常是用机电式的光点矢量表来实现的。光点矢量表属电动式仪表。它有两组线卷，分别通以两个互相垂直的分量（直流信号）。当带有镜面的线卷转动时，由镜面反射的光线即偏转了一个角度，使落在显示屏上的光点也移动了一个位置，将两个相互垂直的分量，变换成极座标指示。

由于光点矢量表的二组线卷参数不可能完全做成一致，因此矢量合成结果会出现与理论值之间的一定的误差。同时，光点矢量表的相角分度随量值变化而变化。当量值在0到满值的10％范围内，相角每等分刻度为30°；当量值在满值的10％到20％范围内，相角每等分刻度为10°；当量值在满值的20％到60％范围内，相角每等刻度为5°；当量值在满值的60％到100％范围内，相角每等分刻度为2°。另外，矢量瓦特表的成本比较高。

本实用新型的目的是设计一种精度高、成本低具有直角座标——极座标变换电路的动平衡电测箱。

解决本实用新型任务的方法是在动平衡电测箱的变换电路中用正弦波去调制二个互相垂直的分量，然后由“加法器”相加后实现极座标变换。

动平衡机中的不平衡信号ASin（ω₁t＋θ）通过电测箱中的乘法、滤波电路后，输出的是二个互相垂直的分量（直流信号）以E_x和E_y表示，其中：

E_x＝KAcosθ （1）

E_y＝KAsinθ （2）

分别是不平衡信号Asin（ω₁t＋θ）在x和y二个方向上的分量。当“振荡器”输出一个适宜频率的方波列（设频率为ω）。经过“波形形成电路”，在它的输出端输出一组sinωt与cosωt的波形，分别去调制E_x和E_y信号，得到E_xsinωt和E_ycosωt二输出信号。然后，由“加法器”相加后，在“加法器”输出端将是：

E_xsinωt＋E_ycosωt （3）

将（1）、（2）代入（3）则

K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝

＝K′Asin（ωt＋θ）        （4）

式（4）复现了原来的不平衡信号。在K′Asin（ωt＋θ）式中，保存了不平衡的量值A；同时保存了不平衡信号的相角θ。从而完成了直角座标——极座标的变换。

利用附图中的实施例。对本实用新型做进一步的说明。

图1：本实用新型的正弦波调制型直角座标——极座标变换电路

方框图。

图2：本实用新型的正弦波调制型直角座标——极座标变换电路

原理图。

图3：（5G7520J）8位D／A转换器的方框图。

图4：ROM电路图

图1和图2描述了本实用新型的变换电路的工作原理。整个电路由振荡电路（1），分频电路（2），正、余弦形成电路（3），调制电路（4），极性转换电路（5），加法电路（6）等组成。

本实用型的关键是调制电路中的8位D／A转换器（5G7520J）其作用是将直流量E_x、E_y调制成正弦波和余弦波，经过极性转换转换电路在运放G13处输出K′Acosθsinωt，运放G17处输出K′Asinθcosωt。然后通过加法电路将这两个交流信号进行加法运算：

K′Acosθsinωt＋K′Asinθcosωt＝K′Asin（ωt＋θ）

得到的K′Asin（ωt＋θ）信号中，保存了不平衡信号的量值A，同时保存了不平衡信号的相角θ。完成了直角座标－－极座标的转换。

图3，介绍了调制电路中的8位D／A转换电路（5G7520J）图中∷V_R——接参考信号。在本电路中输入的分别是E_x、E_y。

V₀——输出信号。

LSB——最低电子权位开关

MSB——最高电子权位开关

该转换电路包含两个部分：（1）R－2R电阻权码网络；（2）电子权位开关。5G7520J有8位电子权位开关可输入8位数字量，其传递关系是：

V₀＝ (N₁₆)/(2⁸) V_R（5）

N₁₆——5G7520J输入的8位并行的数字量

（N₁₆＝00，01，02，…FE，FF）

若N₁₆数字量由前接二片C183（二进制同步加法计数器）8位并行输出提供。这时输入一个脉冲序列n₁₀时，“n₁₀——N₁₆——V₀”相应关系如表1。

表1脉冲序列n₁₀（10进制表示）顺序输入时，n₁₀——N₁₆——V₀关系

显而易见，5G7520J8位电子权开关位按表1所列顺序（n₁₀＝1，2，…255）输入数字量，在模拟输出端V₀将有一个0，

－ 1/256 V_R，－ 2/256 V_R，…－ 255/256 V_R呈线性变化的阶梯波形，每一阶梯为－ 1/256 V_R。

设想数字量n₁₀与N₁₆之间关系不再按表1所列顺序进行，而是以某一种编码，将一组组8位数字量加于5G7520J的电子权位开关，则每个输出阶梯不再是等幅度了，而是随设计者意图和需要给出。这样，5G7520J可被设计者用来作数——模变换的函数发生器，输出波形与输入数字量n₁₀成什么函数关系，取决于数字的编码。在我们的电路中，为了将V_R调制成正弦信号，那么就必须进行正弦编码，使V₀输出一正弦信号。5G7520J8位D／A转换器的精度受最小阶梯幅度 1/256 的限制，如果要提高精度可以增加权位数。

用阶梯波来描绘正弦波形，如果在1／4周期（其它象限可通过该1／4基本波形来复现）内所取阶梯数越多，所得波形也就越接近正弦波，在本电路中取32个阶梯，所描绘的波形已比较接近理想。

1／4周期正弦波在5G7520J器件中的数——模转换关系为：

V₀＝－V_Rsin〔 (（2n₁₀+1))/64 ×90°〕

（n₁₀＝0，1，2，…31） （6）

由（5）、（6）式通过运算，求得N₁₆与n₁₀的关系

N₁₆＝2°sin〔 (2n₁₀+1)/64 ×90°〕 （7）

按n₁₀＝0，1，2，…31逐个代入（2），（3）式，不难求出对应的N₁₆、V₀。

表2正弦编码时n₁₀－N₁₆－V₀关系

注：表2中N₁₆由（3）式取整而得。

在1／4周期正弦波的基础上，通过异或门电路P₁₁₀、P₁₁₁以及P₁₁₄（P₁₁₅）四双向模拟开关的工作，就能得到一个完整的正弦波形。

比较表1和表2，N₁₆、V₀始终是一一对应关系。区别在n₁₀－N₁₆之间关系是按各自编码对应。表1中n₁₀－N₁₆是顺序编码的，所以得到一等幅度的阶梯波；表2中n₁₀－N₁₆按正弦编码，所以得到一不等幅阶梯组成的正弦波输出。

如何得到正弦编码呢？在本电路内是通过C183片与5G7520J之间插入一ROM电路来解决。

图4就是解决正弦编码的ROM电路。它有5根地址线，8位并行输出线，这8位并行输出线与5G7520J8位电子权位开关一一相接。内主要含地址译码器，32×8码点矩阵（ROM体）。n₁₀脉冲按序列（0，1，2，……29，30，31）输入时，通过C183及ROM内地址译码器，按顺序选出相应的确定的一个字节（一个字节包括8位2进制信息），这个被选出的字节当片选端Cs为高电平时将被输出至D₀′，D₁′……D₇′端。

如果在ROM体内按表2n₁₀－N₁₆关系编码，那么，在ROM输入端顺序给入数字脉冲时，在ROM输出端（即5G7520J数字输入端）将获得N₁₆为06，13，…等8位数字量，5G7520J的对应输出V₀将是－0.0245V_R，－0.0736V_R…等模拟量32个脉冲输入后，完成了1／4正弦波描绘，经过128脉冲输入后，在ROM电路和5G7520J，极性转换等电路的配合工作下，完成了一个周期的正弦编码的数模转换。

本实用新型和原有的光点矢量表的直角座标——极座标变换的方式相比，克服了原有技术中相角分度随量值变化的缺点，提高了测量精度经本实用新型变换后输出的含有不平衡量值和相角的信号，经过一般运放整形后，与基准方波比较进行相角检测。如果输入的满值信号为4V（有效值），则峰值为5.6V。那么，当输入量值为满值的1％时（峰值为56mV），假设运放的开环放大倍数为10⁴，则相角误差不超过1°；当量值为满值的10％时（峰值560mV），相角误差不超过0.1°。而光点矢量表当量值在0到满值的10％时，相角每等分刻度为30°，如果分辨率为 1/2 刻度，则相角读数最小单位为15°。

本实用新型的另一个优点是和光点矢量表相比成本要低得多。仅是光点矢量表的50％左右。

Claims (3)

1、具有直角座标-极座标变换电路的动平衡电测箱，其特征在于变换电路由正、余弦波形成电路，调制电路，极性转换电路，加法电路等组成正弦波调制电路。

2、根据权利要求1所述的电测箱，其特征在于调制电路由5G7520J8位D／A转换电路组成。

3、根据权利要求1或2所述的电测箱，其特征在于正、余弦形成电路由ROM电路组成。

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