一种多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统的制作方法

1.本实用新型属于位置/角度测量系统的技术领域，尤其涉及一种多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统。


背景技术：

2.线性可变差动变压器（linear variable differential transformer,lvdt）／旋转可变差动变压器(rotary variable differential transformer,rvdt)作为位置和角度传感器具有无摩擦测量、无限的机械寿命、无限的分辨率、坚固耐用、环境适应性强等诸多优点，广泛应用于飞行控制系统中，传感器的输出信号为模拟信号，传统的模拟解调开环控制、转换精度差、线性度低，功能单一。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决上述问题，提供一种实时性强、测量精度高的多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统。
4.本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，包括激励电路、监控电路、调理电路、bit电路和fpga模块；所述激励电路和bit电路与fpga模块相电连接；所述监控电路和调理电路与前述fpga模块之间设置有模拟数字转换器；所述监控电路和调理电路均与模拟数字转换器相电连接；所述模拟数字转换器与前述fpga模块相电连接；所述调理电路包括依次电连接的差分放大模块、低通滤波模块和程控放大模块；所述程控放大模块与前述模拟数字转换器相电连接。位置和角度传感器输出的信号经过差分放大，有效降低共模干扰；再经低通滤波电路，滤除高频干扰信号，同时为了使得测量电路在零点非线性部分获得比较高的分辨率，便于后期误差控制，经程控放大器使得达到模拟数字转换器的信号始终达到输入满量程。
5.进一步，本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，所述激励电路包括依次电连接的dds模块和驱动放大电路；所述dds模块与前述fpga相电连接；所述监控电路包括依次电连接的求和模块和比例放大模块；所述比例放大模块与前述模拟数字转换器相电连接；所述bit电路包括依次电连接的标准源和模拟开关。
6.进一步，本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，所述监控电路和调理电路的输入信号范围为 12v~
‑
12v。
7.进一步，本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，所述低通滤波模块设置有4阶低通滤波器；所述低通滤波器的截止频率为50khz，用于提高信号质量，便于后级电路采集。
8.进一步，本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，所述fpga模块采用xilinx的可编程逻辑器件，用于算法解调、激励源的配置、在线监控、bit的检测等功能。
9.本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，通过调理电
路实现传感器输入信号的放大及信号质量提升；通过激励电路提供激励源；通过监控电路在运行状态下对位置和角度传感器进行在线实时监控；通过bit电路实现在上电等状态下的自检，以提高系统的测试性；本实用新型所述的多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统实时性强、测量精度高，可有效抑制温漂、消除零点误差。
附图说明
10.图1为本实用新型所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统结构示意图；
11.图2为本实用新型实施例所述低通滤波模块电路示意图；
12.图3为本实新型实施例所述bit电路示意图。
具体实施方式
13.下面通过附图及实施例对本发明所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统进行详细说明。
14.本公开实施例所述多功能高精度位置和角度传感器实时数字解调系统，如图1所示包括激励电路、监控电路、调理电路、bit电路和fpga模块；所述激励电路和bit电路与fpga模块相电连接；所述监控电路和调理电路与前述fpga模块之间设置有模拟数字转换器；所述监控电路和调理电路均与模拟数字转换器相电连接；所述模拟数字转换器与前述fpga模块相电连接；所述调理电路包括依次电连接的差分放大模块、低通滤波模块和程控放大模块；所述程控放大模块与前述模拟数字转换器相电连接；fpga模块经rs422接口与上位机相电连接。
15.本公开实施例所述激励电路包括依次电连接的dds模块和驱动放大电路；所述dds模块与前述fpga相电连接；所述监控电路包括依次电连接的求和模块和比例放大模块；所述比例放大模块与前述模拟数字转换器相电连接；所述bit电路包括依次电连接的标准源和模拟开关。在本公开实施例中所述位置和角度传感器为lvdt/rvdt；所述监控电路和调理电路的输入信号范围为 12v~
‑
12v；如图2所示，所述低通滤波模块设置有4阶低通滤波器；所述低通滤波器的截止频率为50khz，用于提高信号质量，便于后级电路采集；所述fpga模块采用xilinx的可编程逻辑器件，用于算法解调、激励源的配置、在线监控、bit的检测等功能；本实施例所述bit电路结构如图3所示。
16.在本公开实施例中所述调理电路由差分放大模块、低通滤波模块和程控放大模块组成；其中差分放大模块为lvdt/rvdt输出信号的放大采样，用于滤除lvdt/rvdt输出信号的共模干扰，提高信号质量；低通滤波模块用于输入信号的滤波处理，滤除lvdt/rvdt输出信号的高频干扰，本公开实施例中设置4阶低通滤波器，截止频率50khz，用于提高信号质量，便于后级电路采集。程控放大模块用于在零点非线性部分获得比较高的分辨率，当fpga检测到输入信号幅值较低时，通过程控放大电路，将输入信号放大倍数提高，进而提高系统在零点非线性部分的分辨率，便于后期误差控制。
17.模拟数字转换器adc用于完成模拟电路到数字电路的采集。激励电路用于完成lvdt/rvdt的激励源的产生，采用直接数字合成器dds电路，程序内部根据采样幅值实时改变激励源的幅值、频率等信号，进而满足传感器的高精度解调需求。监控电路用于在线实时
监控lvdt/rvdt传感器的健康状态，提高系统在运行状态下对关键传感器lvdt/rvdt的在线实时监控。bit电路用于在上电等状态下的自检，用于提高系统的测试性。fpga模块用于算法解调、激励源的配置、在线监控、bit的检测等功能。rs422用于板卡数据的通讯，完成解调信号、传感器健康状态的信号回传。
18.lvdt/rvdt传感器输出的信号经过差分放大，有效降低共模干扰；再经低通滤波电路，滤除高频干扰信号，使得测量电路在零点非线性部分获得比较高的分辨率，便于后期误差控制，经程控放大器使得达到模拟数字转换器的信号始终达到输入满量程。在具体实施过程中通过过采样技术，采样频率与提高的转换位数的关系为f
os
=4
n
*f
s
，其中f
os
为过采样频率，f
s
为初始采样要求的最低频率；采样频率设定为500khz，提高的转换位数约为2位。经adc转换后信号变成数字信号后采用goertzel算法进行数字信号处理。采样几个周期后取平均值作为rvdt/lvdt输出，再进行误差补偿，作为计算的输出幅值。激励信号的幅值可通过fpga实时控制dds进行改变，进而改变回采信号的幅值，形成闭环，可有效提高采样精度。