TWI626455B - 頻率電壓轉換裝置 - Google Patents

頻率電壓轉換裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI626455B
TWI626455B TW105112190A TW105112190A TWI626455B TW I626455 B TWI626455 B TW I626455B TW 105112190 A TW105112190 A TW 105112190A TW 105112190 A TW105112190 A TW 105112190A TW I626455 B TWI626455 B TW I626455B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
frequency
module
quantized
conversion device
Prior art date
Application number
TW105112190A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201738574A (zh
Inventor
吳榮慶
Original Assignee
義守大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 義守大學 filed Critical 義守大學
Priority to TW105112190A priority Critical patent/TWI626455B/zh
Priority to US15/197,173 priority patent/US9716494B1/en
Publication of TW201738574A publication Critical patent/TW201738574A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI626455B publication Critical patent/TWI626455B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/06—Frequency or rate modulation, i.e. PFM or PRM
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K9/00—Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal
    • H03K9/06—Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal of frequency- or rate-modulated pulses

Abstract

一種頻率電壓轉換裝置，包含：一運算模組，該運算模組用以接收一頻率信號，並根據該頻率信號計算產生一轉速信號；一量化模組，該量化模組耦接該運算模組以接收該轉速信號，再以一量化方程式對該轉速信號進行量化處理並產生數位形式之一量化信號；及一信號處理模組，該信號處理模組耦接該量化模組以接收該量化信號，再對該量化信號進行轉換並產生數位形式之一電壓信號，藉由上述設置以具有兼顧響應時間與漣波起伏的效果。

Description

頻率電壓轉換裝置
本發明係關於一種頻率電壓轉換裝置，尤其是一種無需設置低通濾波電路之頻率電壓轉換裝置。
頻率電壓轉換裝置(Frequency-to-Voltage Converter)可接收脈波式之一頻率信號，並將該頻率訊號以正相關的方式轉換為一電壓信號。該頻率電壓轉換裝置可廣泛的應用於轉速量測及機械控制等相關領域，例如當該頻率電壓轉換裝置接收一電動機在轉動狀態下所對應之該頻率信號時，所產生之該電壓信號不僅可用以代表該電動機的轉速，更可進一步作為該電動機的控制信號。
習知頻率電壓轉換裝置大致包含一比較電路、一積分電路及一低通濾波電路，當該比較電路接收該頻率信號後，該比較電路可受該頻率信號之脈波的觸發而連續產生一觸發信號，且該積分電路可受該觸發信號的觸發而產生該電壓信號，由於該積分電路所產生之該電壓信號屬於類比形式，因此該電壓信號必須再透過該低通濾波電路進行濾波，方可減少該電壓信號的漣波起伏，以提升該電壓信號的判讀正確性。
一般而言，該低通濾波電路主要透過電阻及電容所組成的迴路以進行濾波，且該電阻及電容所組成的迴路具有一時間常數。當該低通濾波電路具有較大的時間常數時，該低通濾波電路雖可具有較佳的濾波效果，但卻會增加整體的響應時間，導致該電壓信號無法即時表現電動機之轉速的變動狀況；或者，當該低通濾波電路具有較小的時間常數時，該低 通濾波電路雖可具有較少的響應時間，但卻會造成該電壓信號具有較大的漣波起伏，導致該電壓信號的數值失準。
有鑑於此，本發明提供一種頻率電壓轉換裝置，以解決習知頻率電壓轉換裝置無法兼顧響應時間與漣波起伏的問題。
本發明之目的係提供一種頻率電壓轉換裝置，該頻率電壓轉換裝置係在信號處理的過程中進行量化處理，以輸出不屬於類比形式之電壓信號，藉此省略低通濾波電路的設置，進而具有兼顧響應時間與漣波起伏的效果。
本發明全文所述之「數位形式的信號」(digital signal)，係指離散時間信號(discrete-time signal)的數位化表示方式。
本發明全文所述之「類比形式的信號」(analog signal)，係指在時域上連續的信號。
本發明全文所述之「耦接」(coupling)，係指二裝置之間藉由有線實體、無線媒介或其組合(例如：異質網路)等方式，而使二裝置間具有資料傳遞之連接關係。
本發明全文所述之「方波正緣」，係指在方波中由最低位準變化至最高位準之端緣。
為達到前述發明目的，本發明之頻率電壓轉換裝置，包含：一運算模組，該運算模組用以接收一頻率信號，並根據該頻率信號計算產生一轉速信號；一量化模組，該量化模組耦接該運算模組以接收該轉速信號，再以一量化方程式對該轉速信號進行量化處理並產生數位形式之一量化信號，該量化方程式為：，該n’代表該量化信號，該n max 代表轉速的一預測量測上限，該n代表該轉速信號，該C代表一常數；及一信 號處理模組，該信號處理模組具有一暫存單元及一信號產生單元，該暫存單元耦接該量化模組以接收並儲存該量化信號，該信號產生單元耦接該暫存單元，該信號單元係由該暫存單元讀取該量化信號，再對該量化信號進行轉換並產生數位形式之一電壓信號。藉此，可透過該量化模組對信號進行量化處理，並將該量化信號暫時儲存於該暫存單元，以避免該量化信號由該量化模組傳遞至該信號產生單元的過程中發生遺漏，進一步使該信號處理模組產生數位形式之該電壓信號，且該電壓信號可不需設置額外的低通濾波電路以進行濾波，以避免低通濾波電路影響整體的響應時間與信號的漣波起伏，具有維持信號處理正常運作並兼顧響應時間與漣波起伏的效果。
其中，另包含一軸編碼器，該軸編碼器耦接該運算模組，該軸編碼器用以偵測一轉子的旋轉並產生脈波形式之該頻率信號。藉此，可使本發明之頻率電壓轉換裝置能直接根據該電動機之轉子的旋轉狀態以產生該頻率信號，並對該頻率信號進行信號處理以產生數位形式之該電壓信號，且該電壓信號不僅可用以代表該電動機的轉速，更可作進一步為該電動機的控制信號，具有提升使用便利性的效果。
其中，另包含一數位類比轉換器，該數位類比轉換器耦接該信號處理模組以接收該電壓信號，並將該電壓信號由數位形式轉換為類比形式，再輸出類比形式之該電壓信號。藉此，可輸出類比形式之該電壓信號，且由於該電壓信號已經過量化處理，使得類比形式之該電壓信號不需另外進行低通濾波，即可直接用於需要類比形式之電壓信號的電機裝置，具有提升使用便利性的效果。
其中，該信號處理模組另具有一延遲電路，該延遲電路耦接 該信號產生單元，該延遲電路係設有一延遲時間，該延遲電路係控制該信號產生單元，使該信號產生單元依該延遲時間而由該暫存單元讀取該量化信號。藉此，可確保該信號產生單元能由該暫存單元讀取正確的資料，具有維持信號處理正常運作的效果。
其中，該暫存單元設有一取樣速率，該取樣速率與該延遲時間互為倒數。藉此，可確保該信號產生單元能由該暫存單元讀取正確的資料，具有維持信號處理正常運作的效果。
其中，該運算模組係根據該頻率信號的連續二個方波正緣之間的時間差，以計算產生該轉速信號。藉此，該運算模組即可根據該頻率信號的一個波形週期以計算產生該轉速信號，且所需的計算時間亦僅為一個波形週期所對應的時間，具有快速及準確計算該轉速信號的效果。
〔本發明〕
1‧‧‧運算模組
2‧‧‧量化模組
3‧‧‧信號處理模組
31‧‧‧暫存單元
32‧‧‧信號產生單元
33‧‧‧延遲電路
4‧‧‧軸編碼器
5‧‧‧數位類比轉換器
第1圖：本發明頻率電壓轉換裝置之方塊圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明之頻率電壓轉換裝置包含一運算模組1、一量化模組2及一信號處理模組3。該量化模組2耦接該運算模組1，該信號處理模組3耦接該量化模組2。
該運算模組1用以接收一頻率信號，並根據該頻率信號計算產生一轉速信號。其中，該運算模組1可為一處理器或一積體電路，且該處理器或該積體電路可用以執行資料運算與邏輯判斷等運算作業。另，該頻率信號可為一電動機之一轉子在旋轉時所對應的信號，且該運算模組1根據該頻率信號計算產生該轉速信號的方式在此並不設限，例如當該頻率 信號為方波形式之信號時，該運算模組1可根據該頻率信號的連續二個方波正緣之間的時間差以計算產生該轉速信號。藉此，該運算模組1即可根據該頻率信號的一個波形週期以計算產生該轉速信號，且所需的計算時間亦僅為一個波形週期所對應的時間，具有快速及準確計算該轉速信號的效果。
該量化模組2耦接該運算模組1以接收該轉速信號，再以一量化方程式對該轉速信號進行量化處理並產生數位形式之一量化信號。其中，該量化模組2可為一處理器或一積體電路，且該處理器或該積體電路可用以執行資料運算與邏輯判斷等運算作業。
更詳言之，由於該頻率信號屬於類比形式之信號，當該運算模組1根據該頻率信號以計算產生該轉速信號時，該轉速信號亦同屬類比形式之信號。接著，當該量化模組2接收該轉速信號時，該量化模組2可透過該量化方程式對該轉速信號進行量化處理，並產生數位形式之該量化信號。其中，該量化方程式如下所示：
其中，該n’代表該量化信號；該n max 代表轉速的一預測量測上限，該預測量測上限可為任意整數；該n代表該轉速信號，該C代表一常數，在本實施例中，該C可設為28。
藉由該量化模組2的量化處理，可產生數位形式之該量化信號，且該量化信號在後續進行資料處理時，可不需設置額外的低通濾波電路以進行濾波，以避免低通濾波電路影響整體的響應時間與信號的漣波起伏，進而具有兼顧響應時間與漣波起伏的效果。
該信號處理模組3耦接該量化模組2以接收該量化信號，再對該量化信號進行轉換並產生數位形式之一電壓信號。其中，該信號處理 模組3可為一處理器或一積體電路，且該處理器或該積體電路可用以執行資料運算與邏輯判斷等運算作業；或者，該運算模組1、該量化模組2及該信號處理模組3的任二個或全部亦可整合於同一個處理器或積體電路中，在此並不設限。另，該信號處理模組3對該量化信號進行轉換並產生數位形式之該電壓信號方式在此並不設限，例如根據該量化信號的數值高低而轉化為具有相對應數值分布的電壓信號。藉此，該信號處理模組3可輸出數位形式之該電壓信號，且該電壓信號可不需設置額外的低通濾波電路以進行濾波，以避免低通濾波電路影響整體的響應時間與信號的漣波起伏，進而具有兼顧響應時間與漣波起伏的效果。
在本實施例中，該信號處理模組3可具有一暫存單元31及一信號產生單元32，該暫存單元31係接收並儲存該量化信號，該信號產生單元32耦接該暫存單元31，該信號產生單元32係由該暫存單元31讀取該量化信號，再對該量化信號進行轉換並產生數位形式之該電壓信號。藉此，該暫存單元31可用以暫時儲存該量化信號，以避免該量化信號由該量化模組2傳遞至該信號產生單元32的過程中發生遺漏，具有維持信號處理正常運作的效果。
又，在該信號處理模組3具有該暫存單元31及該信號產生單元32的基礎上，該信號處理模組3可另具有一延遲電路33，該延遲電路33耦接該信號產生單元32，該延遲電路33係設有一延遲時間，該延遲電路33係控制該信號產生單元32，使該信號產生單元32依該延遲時間而由該暫存單元31讀取該量化信號。其中，該暫存單元31係設有一取樣速率，該暫存單元31可依該取樣速率更新及儲存該量化信號，且該取樣速率與該延遲時間互為倒數。
舉例而言，該暫存單元31之該取樣速率可設為128(次數/秒)，使該暫存單元31可在一秒內連續進行128次之該量化信號的更新及 儲存，接著，該延遲電路33之該延遲時間可設為1/128(秒)，並藉由該延遲電路33控制該信號產生單元32的讀取作動，使該信號產生單元32每間隔1/128秒時讀取一次該暫存單元31內所儲存的資料。藉由該延遲電路33的設置，以及該取樣速率與該延遲時間的設定，可確保該信號產生單元32能由該暫存單元31讀取正確的資料，具有維持信號處理正常運作的效果。
此外，本發明之頻率電壓轉換裝置可另包含一軸編碼器4，該軸編碼器4耦接該運算模組1，該軸編碼器4用以偵測該轉子的旋轉並產生脈波形式之該頻率信號。其中，該軸編碼器4可為絕對型(absolute)編碼器或增量型(incremental)編碼器，且該軸編碼器4可利用脈衝檢測或光學感應等方式獲得該轉子的旋轉資訊，再根據該旋轉資訊產生脈波形式之該頻率信號，當該頻率信號傳輸至該運算模組1時，即可執行後續之資料處理。藉此，當本發明之頻率電壓轉換裝置另設有該軸編碼器4時，可使本發明之頻率電壓轉換裝置能直接根據該電動機之轉子的旋轉狀態以產生該頻率信號，並對該頻率信號進行信號處理以產生數位形式之該電壓信號，且該電壓信號不僅可用以代表該電動機的轉速，更可進一步作為該電動機的控制信號，具有提升使用便利性的效果。
此外，本發明之頻率電壓轉換裝置可另包含一數位類比轉換器5，該數位類比轉換器5耦接該信號處理模組3以接收該電壓信號，並將該電壓信號由數位形式轉換為類比形式，再輸出類比形式之該電壓信號。其中，該數位類比轉換器5可為R-2R形式之數位類比轉換電路。藉此，當本發明之頻率電壓轉換裝置另設有該數位類比轉換器5時，可輸出類比形式之該電壓信號，且由於該電壓信號已經過量化處理，使得類比形式之該電壓信號不需另外進行低通濾波，即可直接用於需要類比形式之電壓信號的電機裝置，具有提升使用便利性的效果。
綜上所述，本發明之頻率電壓轉換裝置，可透過該量化模組 對信號進行量化處理，以使該信號處理模組產生數位形式之該電壓信號，且該電壓信號可不需設置額外的低通濾波電路以進行濾波，以避免低通濾波電路影響整體的響應時間與信號的漣波起伏，進而具有兼顧響應時間與漣波起伏的效果。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (6)

  1. 一種頻率電壓轉換裝置，包含：一運算模組，該運算模組用以接收一頻率信號，並根據該頻率信號計算產生一轉速信號；一量化模組，該量化模組耦接該運算模組以接收該轉速信號，再以一量化方程式對該轉速信號進行量化處理並產生數位形式之一量化信號，該量化方程式為： 該n’代表該量化信號，該n max 代表轉速的一預測量測上限，該n代表該轉速信號，該C代表一常數；及一信號處理模組，該信號處理模組具有一暫存單元及一信號產生單元，該暫存單元耦接該量化模組以接收並儲存該量化信號，該信號產生單元耦接該暫存單元，該信號產生單元係由該暫存單元讀取該量化信號，再對該量化信號進行轉換並產生數位形式之一電壓信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頻率電壓轉換裝置，其中另包含一軸編碼器，該軸編碼器耦接該運算模組，該軸編碼器用以偵測一轉子的旋轉並產生脈波形式之該頻率信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之頻率電壓轉換裝置，其中另包含一數位類比轉換器，該數位類比轉換器耦接該信號處理模組以接收該電壓信號，並將該電壓信號由數位形式轉換為類比形式，再輸出類比形式之該電壓信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之頻率電壓轉換裝置，其中該信號處理模組另具有一延遲電路，該延遲電路耦接該信號產生單元，該延遲電路係設有一延遲時間，該延遲電路係控制該信號產生單元，使該信號產生單元 依該延遲時間而由該暫存單元讀取該量化信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之頻率電壓轉換裝置，其中該暫存單元設有一取樣速率，該取樣速率與該延遲時間互為倒數。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之頻率電壓轉換裝置，其中該運算模組係根據該頻率信號的連續二個方波正緣之間的時間差，以計算產生該轉速信號。
TW105112190A 2016-04-19 2016-04-19 頻率電壓轉換裝置 TWI626455B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105112190A TWI626455B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 頻率電壓轉換裝置
US15/197,173 US9716494B1 (en) 2016-04-19 2016-06-29 Frequency-to-voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105112190A TWI626455B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 頻率電壓轉換裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201738574A TW201738574A (zh) 2017-11-01
TWI626455B true TWI626455B (zh) 2018-06-11

Family

ID=59350497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105112190A TWI626455B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 頻率電壓轉換裝置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9716494B1 (zh)
TW (1) TWI626455B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4214299A (en) * 1977-09-09 1980-07-22 Hitachi, Ltd. Frequency-voltage converter
US4605901A (en) * 1982-04-21 1986-08-12 Hitachi, Ltd. Frequency-voltage converter
TW453019B (en) * 1998-07-31 2001-09-01 S L Montevideo Technology Inc Brushless DC motor controller with speed control from zero to above base speed
TW201230658A (en) * 2010-06-22 2012-07-16 Aeristech Control Technologies Ltd Controller
CN103293377A (zh) * 2012-03-01 2013-09-11 贵航发动机设计研究所 一种频压转换器
TWI497896B (zh) * 2011-11-30 2015-08-21 Yaskawa Denki Seisakusho Kk Matrix converter

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3740633A (en) * 1971-03-03 1973-06-19 Honeywell Inf Systems Frequency-to-voltage converter device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4214299A (en) * 1977-09-09 1980-07-22 Hitachi, Ltd. Frequency-voltage converter
US4605901A (en) * 1982-04-21 1986-08-12 Hitachi, Ltd. Frequency-voltage converter
TW453019B (en) * 1998-07-31 2001-09-01 S L Montevideo Technology Inc Brushless DC motor controller with speed control from zero to above base speed
TW201230658A (en) * 2010-06-22 2012-07-16 Aeristech Control Technologies Ltd Controller
TWI497896B (zh) * 2011-11-30 2015-08-21 Yaskawa Denki Seisakusho Kk Matrix converter
CN103293377A (zh) * 2012-03-01 2013-09-11 贵航发动机设计研究所 一种频压转换器

Also Published As

Publication number Publication date
US9716494B1 (en) 2017-07-25
TW201738574A (zh) 2017-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5296856A (en) Window tracking ADC
US9647606B2 (en) Counter based circuit for measuring movement of an object
US4037095A (en) Signal stabilizing circuits
TWI626455B (zh) 頻率電壓轉換裝置
JP2019115094A (ja) 半導体装置及びその回転異常検出方法
CN109085414B (zh) 电压检测方法及装置
JPH03103724A (ja) 微小流量カット機能付積算装置
TWI630776B (zh) Motor speed detecting method and device thereof
JP3152327B2 (ja) 速度変化検出装置
Rull et al. Programmable logic design for an encoder-based velocity sensor in a DSP-controlled motion system
US8138698B2 (en) Motor rotation irregularity detection circuit
JP2009244019A (ja) 角速度検出装置
JPS60143780A (ja) 回転角速度演算回路
JPS5815159A (ja) デイジタル速度検出方式
SU924641A1 (ru) Устройство дл измерени физических величин с цифровой регистрацией
JPH11281503A (ja) 位相差検出回路
JP2006217155A (ja) コンパレータ、信号処理装置および方法
Lygouras et al. A new method for digital encoder adaptive velocity/acceleration evaluation using a TDC with picosecond accuracy
US20180137276A1 (en) Clock frequency detection method and apparatus
CN117767838A (zh) 一种电机转速获取方法
SU398835A1 (ru) Цифровой виброметр
SU940080A1 (ru) Устройство дл измерени нестабильности частоты
SU728492A1 (ru) Устройство дл измерени разности частот импульсов
SU1654757A1 (ru) Способ определени шквала и устройство дл его осуществлени
JP2690410B2 (ja) アナログ・デジタル変換回路

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees