基于绝对零位式圆感应同步器的角度测量系统

汤文军 娄敏 张林 林兴颜 王智勇

摘 要：传统的圆感应同步器在使用过程中必须另配旋转变压器进行组合才能具备绝对零位，这对于整个系统的质量、体积、安装均会带来不利的影响。本文介绍一种本身就具备绝对零位的圆感应同步器，并详细介绍了基于此类型圆感应同步器的角度测量系统的实现方案以及硬件电路设计方法。

关键词：绝对零位；感应同步器；定子；转子

The angle msasuring system based on absolute zero position

Rotary Inductosyn

Tang Wen Jun, Lou Min, Zhang lin, Lin Xingyan, Wang Zhi Yong,

(JiuJiang Precision Measuring Technology Research institute, Jiang Xi ,Jiu Jiang 332000)

Abstract：Traditional Rotary Inductosyn requires a extra sensor element to accomplish a absolute zero position when it is used, it is not convenient to the quality, volume, installation of the system. This paper introduces a special Rotary Inductosyn, which has a special absolute zero position itself, and the method to accomplish angle msasuring system , the design of circuit.

Key Words: Absolute zero position; Rotary Inductosyn; Rotor; Staor

引言

圆感应同步器是一种角位移传感器，它具有耐恶劣环境、测量精度高、寿命长、成本低、安装方便、运行速度快、稳定可靠等一些列优点，因而其应用领域遍及航天、航空、机械制造、精密仪器、计量等部门[1]。传统的感应同步器测角系统多采用单通道感应同步器作为角度传感器来实现，称为增量式测角系统。这种测角系统在要求测量绝对角度的时候将失去效力，而绝对角度测量系统是今后角度测量的趋势。一种解决方案是采用“旋转变压器+感应同步器”，通过将旋转变压器产生的粗码和感应同步器产生的精码进行粗精结合产生绝对角度。但是旋转变压码器与感应同步器属于两个部件，它们两者之间要求很高的装配精度，如同心度、同轴度，这在使用过程中往往带来诸多不便。鉴于此，采用绝对零位式式圆感应同步器作为角度传感器的测角系统可以很好地解决上面的问题。由于其粗精线圈都在一个绕组内同心刻画，体积小，精度高，相对于“旋转变压器+感应同步器”解决方案，具有更高的稳定性和可靠性[2]。

1 实现方案

绝对零位式圆感应同步器分为定子和转子两个部件，其中定子固定在台体上，转子安置在旋转轴上，通过定子和转子的相对运动引起电磁场的变化来进行角度的测量。

绝对零位式圆感应同步器分为粗极、精极两个通道，其中可通过粗极通道将当前的整度数值解算出，通过精极通道将当前度的小数值解算出，随后再将粗极、精极两个通道解算出的角度值进行融合，得到当前正确的角度值。具体应用方案如下：

2 系统硬件设计

根据上章实现方案，列出测角系统的电气系统原理框图如下所示：

由图2可见，测角系统内的硬件电路共分6个单元：

（1）激磁信号单元

本项目采用单相转子激磁，定子两相感应的鉴幅方式工作，对激磁电路的要求比较高。激磁电路的目的是产生一个相位和幅值都很稳定，频率符合要求，并且具有一定功率驱动能力的正弦波。项目选用ICL8038发出正弦波，此正弦波经过UA741后进行分压，分压后的信号由OPA548对其进行功率放大，以驱动同步器转子进行工作。

（2）放大滤波单元

由于感应同步器定子直接输出电压幅值很低为毫伏级，因此需将该毫伏级信号通过放大滤波单元进行处理后再输入到轴角转换单元，以便其解算得到更准确的角度值信号。在此选用仪用放大器AD620对定子直接输出的微弱信号进行一级放大，随后利用OP07构建带通滤波器来滤除信号中附带的干扰信号。

（3）轴角转换单元

轴角转换单元将同步器粗、精通道输出的经放大、滤波后的A、B两相正弦信号转为与当前机械角度值相对应的数字信号，该数字信号被送入控制处理单元进行操作。本项目中选用AD2S80作为轴角转换芯片来对模拟信号进行解算，将得到的数字量输出到CPLD中进行处理。

（4）控制电路单元

控制处理单元将轴角转换单元输出的代表粗、精通道角度值的数字量进行融合、解码，得到正确的角度值。控制处理单元的核心芯片选用CPLD的Max II系列的EPM1270GT144I5， Max II系列器件是Altera低成本Max 系列的第二代产品，其内部的逻辑资源以及接口完全能满足本项目的需求。

（5）显示电路单元

显示电路单元将角度值通过数码管进行直观显示，以便于操作者检测测角系统工作特性，其主要的显示控制芯片为MAX7219。MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它可连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示。

（6）通信电路单元

通信电路单元将角度值通过通信接口芯片MAX3488ESA以422格式的数据进行输出，以将角度值作为反馈部分供控制器使用。MAX3488是一款高速数据转换器，能够将TTL信号以不高于250Kbps的传输速率转换为标准422输出接口。

3 结论

本文介绍了基于绝对零位式圆感应同步器角度测量系统的实现方案及硬件电路设计，系统采用绝对零位式圆感应同步器作为角度传感器，以AD2S80作为角度模数转换器，CPLD作为数字信号处理器进行粗、精通道角度信息的粗精结合和译码，完成绝对角度的输出，角度值除可通过数码管进行显示外还可通过RS422串口进行数据输出。相对于传统的采用旋转变压器与增量式圆感应同步器进行组合实现绝对式测角系统的方案，基于绝对零位式圆感应同步器的角度测量系统具有安装简易、体积小、稳定性高等优势。

参考文献

[1]陆永平.感应同步器及其系统.北京：国防工业出版社,1982

[2]李铁峰，李文华，马彩文等.一种高精度圆感应同步器数显表的设计.仪表技术与传感器，2003(6)：42—44