CN102620646A - 电磁角度传感器的坐标采样同步于外来时钟 - Google Patents

Abstract

本发明是实现电磁角度测量部件测量数据的获得同步于外来***时钟的电路设计，包括时钟同步和采用间断激磁信号两个部分的创新。电磁角度测量部件内置一个运行时钟，此时钟实时同步于传过来的有效的***时钟，当传过来的***时钟信号被暂时干扰或者暂短中断时，运行时钟继续保持当前的相位，保证激磁和模数转换等电路的正常工作。激磁信号为一路激磁电流强度曲线为间断锯齿形的电信号，在保证感应电压采样前提下，空闲时间激磁电流为零。在一定的范围内，改变获得测量数据的频率时，只需改变空闲时间段的长短，不改变激磁信号的有效部分，使得测量数据的获得比较方便地同步于不同频率的***时钟。另外，空闲时间激磁电流为零，可以减少热量产生，对于高精度、采样频率低的静态使用的测量设备很有益处。

Description

电磁角度传感器的坐标采样同步于外来时钟

所属技术领域：

本发明属于电磁角度传感器技术领域，应用于机械转角的测量。 

背景技术：

目前，利用电磁原理制造的角度传感器在各种仪器和设备上有着几十年的广泛的应用，感应同步器就是这类部件的典型代表。 

电磁角度传感器是采用电磁感应原理为设计基本根据，通过激磁电路对激磁线圈(原线圈)输入变化电流，使得感应线圈(副线圈)输出感应电压，感应电压大小取决于激磁电流的变化、线圈形状和激磁线圈与感应线圈的相对位置。主要有两种电磁感应方式，一种是两路正交的激磁信号输入，一路感应电压信号输出，利用相位移动量换算出角位移；另一种是一路激磁信号输入，两路不同位置感应线圈感应的电压信号输出，利用它们数值量之比换算出角位置。激磁信号普遍采用高精度的正弦信号，也有的采用方波信号。近十几年，随着模数转换器件性能的提高，后一种已成为主流设计。实现角度测量应包括如下部分：电磁角度传感器、激磁电路、感应电压放大电路、模数转换电路、数字处理器和数据处理软件。为了避免模拟信号长距离传输受到干扰，一般将激磁电路、前置放大电路和模数转换电路尽量靠近传感器安装。 

在数控***中，需要一个***时钟来同步各个部件的运行，本文在后面将采用感应同步器做成的位置测量***简称为位置测量部件。在***时钟传输给位置测量部件的过程中可能受到暂时干扰，甚至发生暂短的中断，特别是多轴转台上信号要经过导电滑环传输，位置测量部件接收的***时钟出现问题的概率较大，会影响位置测量部件的正常工作。这是本发明解决的第一个问题。 

作为位置测量部件，位置测量数据的获得要同步于控制***提供的***时钟。采用正弦波激磁，采样频率与激磁信号频率存在对应关系，前者变化引起后者变化，则可引起输出的感应电压的变化，为了保证测量部件的正常运行和测量精度，信号放大电路需要重新调整。为了实现采样频率在一定范围内变化时，不引起输出的感应电压变化，本发明给出了新的激磁电路设计。 

发明内容：

为了达到位置测量数据的获得同步于控制***的***时钟，本发明内容有两点，第一点是：位置测量部件内置一个运行时钟，此时钟实时同步于传过来的有效的***时钟信号，当传过来的***时钟信号被暂时干扰或者暂短中断时，运行时钟继续保持当前的相位，保证位置测量部件的正常工作。 

第二点是：激磁信号为一路激磁电流强度曲线为间断的锯齿形电信号，在保证感应电压采样前提下，空闲时间激磁电流为零，以减少热量产生。改变采样频率时只需改变空闲时间段的长短，不改变激磁信号的有效部分，在一定的范围内，同步于不同频率的***时钟，不会导致非空间位置变化引起的感应电压的变化，无需再调整前置放大电路，从而也不会因电路的重新调整引起测量精度的变化。要解决的技术问题： 

位置测量部件收到外来的正常的***时钟时，内置运行时钟要与其同步，当外来的***时钟受到暂时干扰或者暂时中断时，内置运行时钟继续保持当前的相位，保证测量部件的正常工作。第一个要解决的问题是***时钟同步运行时钟的逻辑电路。 

第二个要解决的问题是：设计制造基于间断激磁信号的位置编码硬件电路和数据处理软件。 

技术方案： 

位置测量部件在控制***传给的***时钟方波信号的每个上升沿时刻要完成一次位置测量。***时钟方波信号的周期是稳定的，位置测量部件应能检测到***时钟相邻两个上升沿之间的时钟周期，当受到干扰时，在信号上出现附加的上升沿，使得相邻两个上升沿之间的时间将不等于时钟周期，在***时钟暂时中断的情况下，也检测不到正确的时钟周期。利用这一点可以检测接收到的***时钟是否有效，为了提高可靠性，可以连续检测到N个***时钟的正确的上升沿后，才发出一个同步脉冲来同步运行时钟。 

参看图1，位置测量部件内置一个基本时钟，此时钟方波信号的频率较高，一般为几十兆赫兹，一路送给运行时钟生成电路，产生运行时钟，运行时钟要与***时钟频率相等，一般为几千赫兹。基本时钟的另一路送给***时钟检测电路，检测外来***时钟相邻两个上升沿之间的间隔时间，连续N次检测到正确的间隔时间后发出一个脉冲去同步运行时钟，检测到不正确的时间间隔时不发出同步脉冲，说明接受的***时钟出现问题，位置测量部件将继续按照当前的运行时钟运行。 

以下说明采用电流强度曲线为间断的锯齿形信号激磁的测量工作原理。感应同步器上的激磁线圈在平面360°内形成均匀分布的2N个磁极，相邻两个磁极为一个对极，当激磁线圈通入变化电流时，在360°内形成N个周期的变化磁场(也称为磁链)，在两个感应线圈上将产生感应电压。参看图2，当通入电流强度曲线为间断的锯齿形信号时，线圈相对静止情况下感应出的电压信号为方波，放大后，在时刻t_i，对感应电压进行模数转换，记两个感应线圈上采得的感应电压数据分别为Ds和Dc，由于两个感应线圈空间位置的区别，它们相对于转角的数值曲线有固定的相位差，曲线周期为θ^*，θ^*等于360°除以N，参看图3。同一时刻的数据Ds和Dc对应区间内唯一的空间位置，位置计算方法和实现360°范围内的角度测量方法是比较普及的，在此不做更多的介绍。 

参看图2，由于模数转换器件的速度较快，采样区间长度只需几十微秒即可，对于每秒几千次的采样频率，有大量的空闲时间，空闲时间内激磁电流为零可以减少许多功耗，从而减少热量的产生，对于高精度、采样频率低的静态使用的测量设备是很有益处的。对于本发明采用的激磁信号制成的测量部件，在一定的范围内，只须改变运行时钟和空闲时间的长短就能满足采样频率不同的应用场合的需求。改变获得位置测量数据的频率是比较方便的。 

有益效果： 

本发明的有益效果是：由于采用本设计的同步电路，当外来的***时钟受到干扰或者暂时中断时，不会影响测量部件的正常工作和向控制***同步传输测量数据。由于采用间断激磁信号，方便地同步于控制***提供的***时钟信号，减少激磁信号的总体功耗，从而，减少热量的产生，对于高精度、采样频率低的静态使用的测量设备很有益处。 

附图说明：

图1为运行时钟同步于***时钟逻辑框图。图2为激磁信号和感应信号示意图。图3为定时电压采样数据相对于转角的曲线示意图。 

Claims (2)

1.测量部件的运行同步于外来***时钟的设计。特征点为：收到正确有效的外来***时钟时，位置测量部件内置的运行时钟同步于外来***时钟，当外来***时钟暂时受到干扰或者发生暂短中断时，内置的运行时钟保持当前相位，保证位置测量部件正常运行。

2.激磁电流强度曲线为间断的锯齿形的设计。特征点为：相对感应电压的每次采样，对应时刻激磁电流强度曲线为一个周期的锯齿形，其余空闲时间激磁电流强度为零。

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