专利名称：一种感应同步器测角接口板卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及感应同步器测角技术领域，尤其涉及一种感应同步器测角接口板卡。
背景技术：
在转台、雷达、天线控制等伺服控制系统中，高精度角度测量是实现精确位置控制 的前提。感应同步器作为一种检测机械转角和位移的电磁感应式传感元件，具有测量精度 高、运行速度快、工作稳定可靠等优点。同时，由于依靠电磁感应工作，没有摩擦的影响，使 用寿命几乎可以无限长，并且对环境温度、湿度、油污等状况无特殊要求，因此在航空、航 天、军事和工业生产中有广泛的应用。近年来，随着微处理器的广泛应用，感应同步器测角系统不仅在硬件电路上得到 了很大的简化、提高了测角系统的抗干扰性及可靠性，而且大大丰富了测角系统的功能，进 一步提高了测量的精度。感应同步器测角系统输出采取并行/串行数据输出两种形式。其 中，串行数据输出形式接线简单，但传输速率较慢。因此，伺服控制系统中大多采用并行数 据输出的形式。在伺服控制系统中，特别是多轴伺服系统中，控制器大多采用工控机。工控机具有 以下优点实时在线检测与控制能力强，实时性高；在复杂的工业环境下能长时间连续可 靠运行；具有很强的输入\输出功能，能够与工业现场各种检测仪表和控制装置相连接完 成各种测量控制任务；应用软件极为丰富，简洁、方便。基于上述优点，工控机在多轴伺服控 制系统中得到了广泛应用。工控机可通过数字I/O接口卡接收感应同步器测角系统输出的 并行数据，但这种方式可能因并行数据线过长引起串扰。解决上述问题最直接的方法是研制感应同步器测角接口卡。目前，尚没有此类专 门应用于感应同步器测角的接口卡，也未见有相关文献或专利公开。因此，研制感应同步器 测角PCI板卡具有重要的现实意义和应用潜力。

发明内容
本发明的目的是为了解决在伺服控制系统中，同时实现高精度角度测量以及感应 同步器测角系统与工控机之间的数据传输问题，提出一种新的感应同步器测角接口板卡。本发明所采用的技术方案如下一种感应同步器测角接口板卡，包括感应同步器励磁模块、感应同步器前置放大 模块、采样及角度解算模块、PCI总线接口模块和电源。优选的，还包括一个滤波及放大模 块。其中，所述感应同步器励磁模块用于产生激励感应同步器的励磁信号。本发明中， 采用正弦波作为励磁信号，并采用单相励磁、双相输出的鉴幅方式。所述感应同步器前置放大模块用于将正余弦两路信号放大成伏级信号。由于感 应同步器同时输出毫伏级正弦和余弦信号，因此必须通过前置放大将毫伏级信号放大成伏 级信号，并对正、余弦信号的幅度进行调节，使二者的大小相等且在模数转换器的输入范围内。优选的，可将放大后获得的伏级信号直接通过滤波及放大模块进一步放大及滤波处理， 从而达到同样目的。所述采样及角度解算模块用于对经过前置放大处理后的正余弦信号进行同步峰 值采样，并经解反三角函数得到机械角度。所述PCI总线接口模块选用PCI总线桥接芯片(例如PCI9052)，所选芯片要求能 够实现符合PCI总线协议V2. U33MHz主频、32位数据宽度的PCI总线接口，并具有132MB/ s的数据传输能力。同时，为桥接芯片连接一个数据存储器，用于存储板卡设备号、制造商 号、子设备号、子制造商号、中断号、设备类型号、局部空间基地址、局部空间大小及映射类 型、局部空间描述、片选响应、中断控制和状态以及局部响应控制等信息。所述电源要求能够提供外置士 12V或士 15V电压，用于解决工控机内置电源功率 不足的问题。上述组成部分的连接关系如下感应同步器励磁模块输出端同外部的感应同步器的励磁输入相连。感应同步器的 输出端与感应同步器前置放大模块的输入端相连，感应同步器前置放大模块的输出端与采 样及角度解算模块的输入端相连。采样及角度解算模块的输出端与PCI总线接口模块中的 桥接芯片相连。桥接芯片的输出通过PCI总线与外部的工控机相连。电源分别同上述组成 模块相连。本接口板卡的工作过程如下首先，感应同步器励磁模块产生正弦励磁信号。之后，将该信号送感应同步器。感 应同步器输出毫伏级正弦及余弦信号。此毫伏级正弦及余弦信号经过感应同步器前置放大 模块，被放大成伏级信号，并对正、余弦信号的幅度进行调节，使二者的大小相等且在模数 转换器的输入范围内。之后，伏级信号经过采样及角度解算模块进行峰值采样及解算，得到 感应同步器转过的机械角度。最后，PCI总线接口模块把得到的角度数据通过PCI总线传 输给工控机。有益效果本发明对比现有技术，具有以下优点感应同步器励磁的正弦信号由2KHz的方波经过整形滤波后得到2KHz正弦波，所 产生的正弦波高次谐波少，波形准确。通过PCI总线，接口板卡可以方便地与工控机相互连 接，节省了空间、抗干扰能力强。


图1为本发明具体实施方式
中接口卡的总体框架结构示意图；图2为本发明具体实施方式
中前置放大模块的电路图；图3为峰值采样脉冲生成示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步详实说明。一种感应同步器测角接口板卡，其结构组成如图1所示，包括感应同步器励磁模 块、感应同步器前置放大模块、采样及角度解算模块、PCI总线接口模块、滤波及放大模块和5电源。(一 )感应同步器励磁模块用于产生激励感应同步器的励磁信号。包括逻辑电路、正弦波生成电路和滤波放大电路。其中，逻辑电路的方波输出端与正弦波生成电路的输入相连，正弦波生成电路的 输出连接到滤波放大电路的输入端。( 二)感应同步器前置放大模块用于正余弦两路信号放大成-10 IOV的伏级 模拟信号。如图2所示，包括差分放大电路、滤波电路和跟随电路。其中，差分放大电路的输入与感应同步器的输出端相连；差分放大电路的输出端 与滤波电路的输入端相连；滤波电路的输出端与跟随电路的输入端相连；跟随电路的输出 端与滤波及放大模块的输入端相连。所述差分放大电路可用双通道仪表放大器实现(如采用IN2U8型放大芯片)；滤 波电路分为低通二阶滤波和高通二阶滤波两部分，其放大倍数均为1倍。优选的，滤波电路 中所采用的滤波器为压控二阶正反馈滤波器，能够使正弦波在截止频率处没有衰减。(三)采样及角度解算模块包括处理器、采样脉冲生成器和模数转换器。其中，采样脉冲生成器同滤波及放大模块感应同步器励磁模块的逻辑电路采样脉 冲输出端、滤波及放大模块的输出端分别相连，采样脉冲生成器的输出端连接到模数转换 器上，模数转换器的输出数据端连接到处理器数据输入端。采样脉冲生成器通过采用74HC161计数器组成的计数系统产生同步峰值采样信 号，且同步采样脉冲信号产生的时刻及脉冲宽度可以进行调节。模数转换器用于对峰值点 电压进行转换，随后由处理器读取并解算出角度值。如图3所示。(四)PCI总线接口模块包括桥接芯片和数据存储器。PCI总线接口模块的桥接芯片数据输入端与采样及角度解算模块中处理器数据输 出相连。PCI总线接口模块的桥接芯片数据输出端接到外部的PCI总线上。另外，数据存储 器与桥接芯片相连。(五)滤波及放大模块将放大后获得的伏级信号直接通过滤波及放大模块进一 步放大及滤波处理。滤波及放大模块的输入端与跟随电路的输出端相连。滤波及放大模块的输出端与 采样及角度解算模块的输入端相连。(六)电源用于解决工控机内置电源功率不足的问题。要求能够提供外置士 12V或士 15V电压。电源分别同上述组成模块相连。本接口板卡的工作过程如下首先，在感应同步器励磁模块内，逻辑电路通过分频等操作产生2KHz及IMHz的方 波信号，其中2KHz信号经过正弦生成波电路整形后，生成2KHz的正弦信号，再经过滤波放 大电路增强驱动能力后，输入至外部感应同步器进行励磁；另一路IMHz方波输入至采样脉 冲生成器中作为计数脉冲，生成峰值采样的采样脉冲并传输给模数转换器。在励磁的激励下，感应同步器输出毫伏级正弦和余弦信号。毫伏级正、余弦信号经过感应同步器前置放大模块，被放大成-10 IOV的伏级模拟信号。之后，把这两路放大后 的伏级信号经滤波及放大模块进行二次滤波放大后，输入至模数转换器中。此时，模数转换器根据采样脉冲对伏级正弦及余弦信号进行采样。处理器对采样 得到的数字信号进行解算，即，通经过反三角函数运算。由于感应同步器只能分辨出一个极 距内的角度，因此处理器同时要对角度粗位置进行计数得到计数值α，通过反三角运算得 到1°以内的精位置β，α+β即为角位置量，每一最低有效位表示0.0001°，即0.36〃。 α+β即为感应同步器转过的机械角度。然后，处理器把该角度传输给PCI总线接口模块的桥接芯片，再由桥接芯片通过 PCI总线传输给工控机。利用自准直仪(SZY-99)和23面棱体测量得到数据如表1。从表中可看出，测量的 最大误差为1.3"，精度可达到0.0004°。表1测量角度数据表
权利要求
1. 一种感应同步器测角接口板卡，其特征在于，包括感应同步器励磁模块、感应同步器 前置放大模块、采样及角度解算模块、PCI总线接口模块和电源；(1)感应同步器励磁模块用于产生激励感应同步器的励磁信号，采用正弦波作为励磁信号，并采用单相励磁、双 相输出的鉴幅方式；该模块包括逻辑电路、正弦波生成电路和滤波放大电路；其中，逻辑电路的方波输出端 与正弦波生成电路的输入相连，正弦波生成电路的输出连接到滤波放大电路的输入端；(2)感应同步器前置放大模块用于将正余弦两路信号放大成伏级信号，并对正、余弦信号的幅度进行调节，使二者的 大小相等且在模数转换器的输入范围内；该模块包括差分放大电路、滤波电路和跟随电路，其中，差分放大电路的输入与感应同 步器的输出端相连；差分放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连；滤波电路的输出端 与跟随电路的输入端相连；跟随电路的输出端与滤波及放大模块的输入端相连；其中，波电路分为低通二阶滤波和高通二阶滤波两部分，其放大倍数均为1倍；(3)采样及角度解算模块用于对经过前置放大处理后的正余弦信号进行同步峰值采样，并经解反三角函数得到 机械角度；包括处理器、采样脉冲生成器和模数转换器，其中，采样脉冲生成器同滤波及放大模块 感应同步器励磁模块的逻辑电路采样脉冲输出端、滤波及放大模块的输出端分别相连，采 样脉冲生成器的输出端连接到模数转换器上，模数转换器的输出数据端连接到处理器数据 输入端；(4)PCI总线接口模块包括桥接芯片和数据存储器；其中，桥接芯片要求能够实现符合PCI总线协议V2. l、33MHz主频、32位数据宽度的 PCI总线接口，并具有132MB/S的数据传输能力；桥接芯片连接一个数据存储器；PCI总线接口模块的桥接芯片数据输入端与采样及角度解算模块中处理器数据输出相 连；PCI总线接口模块的桥接芯片数据输出端接到外部的PCI总线上；(5)电源要求能够提供外置士 12V或士 15V电压；上述组成部分的连接关系如下感应同步器励磁模块输出端同外部的感应同步器的励磁输入相连；感应同步器的输出 端与感应同步器前置放大模块的输入端相连，感应同步器前置放大模块的输出端与采样及 角度解算模块的输入端相连；采样及角度解算模块的输出端与PCI总线接口模块中的桥接 芯片相连；桥接芯片的输出通过PCI总线与外部的工控机相连；电源分别同上述组成模块 相连；本接口板卡的工作过程如下首先，感应同步器励磁模块产生正弦励磁信号；之后，将该信号送感应同步器；感应同 步器输出毫伏级正弦及余弦信号；此毫伏级正弦及余弦信号经过感应同步器前置放大模 块，被放大成伏级信号，并对正、余弦信号的幅度进行调节，使二者的大小相等且在模数转换器的输入范围内；之后，伏级信号经过采样及角度解算模块进行峰值采样及解算，得到感 应同步器转过的机械角度；最后，PCI总线接口模块把得到的角度数据通过PCI总线传输给 工控机。
2.如权利要求1所述的一种感应同步器测角接口板卡，其特征在于，包括一个滤波及 放大模块，滤波及放大模块的输入端与跟随电路的输出端相连，滤波及放大模块的输出端与采样 及角度解算模块的输入端相连；当感应同步器前置放大模块将正余弦两路信号放大成伏级信号后，将伏级信号直接通 过滤波及放大模块进一步放大及滤波处理。
3.如权利要求1或2所述的一种感应同步器测角接口板卡，其特征在于，滤波电路中所 采用的滤波器为压控二阶正反馈滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种感应同步器测角接口板卡，包括感应同步器励磁模块、感应同步器前置放大模块、采样及角度解算模块、PCI总线接口模块和电源。感应同步器励磁模块输出端同外部的感应同步器的励磁输入相连。感应同步器的输出端与感应同步器前置放大模块的输入端相连，感应同步器前置放大模块的输出端与采样及角度解算模块的输入端相连。采样及角度解算模块的输出端与PCI总线接口模块中的桥接芯片相连。桥接芯片的输出通过PCI总线与外部的工控机相连。电源分别同上述组成模块相连。本发明所产生的正弦波高次谐波少，波形准确；通过PCI总线，接口板卡可以方便地与工控机相互连接，节省了空间、抗干扰能力强。
文档编号G01B7/30GK102042802SQ20101051620
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者刘向东, 杨大鹏, 赖志林, 陈振 申请人:北京理工大学