一种模拟旋转变压器的电路的制作方法

1.本发明属于计算机自动测试相关技术，特别涉及一种模拟旋转变压器的电路。


背景技术：

2.在工业控制领域，旋转变压器是一种重要的非接触式传感器。旋转变压器由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成。初级线圈在驱动电路的交流信号激励下产生周期性的磁场，次级线圈在交变磁场激励下，感应输出交流信号；当衔铁(旋转部分)发生位移时，旋转变压器铁心磁通量改变，次级线圈输出的交流信号随之发生改变；后级采集电路通过转换，可获取衔铁的位移量或旋转角度。
3.旋转变压器(角位移传感器、电磁阀等)是系列控制器的重要测试和控制对象，旋转变压器的激励和转换采集电路是控制器的重要接口电路，控制器需要对压力传感器、角位移传感器、电磁阀等多种传感器进行实时采集，获取压力、角位移、开合角等关键信息并进行运算，实现整机功能。
4.在控制器的研制、生产、试验过程中，旋转变压器激励和采集电路的测试和验证，是重要的测试项目。
5.旋转变压器模拟电路，利用通用电子器件实现了旋转变压器的模拟，无须旋转的运动部件就能实现旋转变压器输出的产生，可用于旋转变压器转换电路的测试和仿真。
6.旋转变压器的激励和采集电路的测试验证，目前主要是使用真实的旋转变压器实物进行测试和验证。
7.通过旋转变压器实物，对旋转变压器的激励和采集电路进行验证，这是最接近使用环境的测试和验证方法。
8.使用实物进行验证和测试在大批量的批产测试中存在如下问题：
9.存在运动部件，需要考虑部件的润滑和散热，需要考虑机电设备的有限寿命；
10.如果需要精确的输出，需要有精密的位置控制装置对旋转部件进行定位和控制，需要考虑活动部件的运动特性；
11.旋转变压器品种多，差异大，有的实物体积大、重量重，外形怪异难于固定和安装；
12.有的旋转变压器是定制件，价格昂贵，大量使用成本高；
13.基于实物开发自动测试系统难度大。


技术实现要素：

14.本发明使用通用电子器件，取消旋转变压器的运动部分，研制成功一种模拟旋转变压器的方法及设计电路。通过简单程控，可以实现旋转变压器模拟连续可调输出。电路没有运动部件，不用考虑运动部件的润滑、散热和模式，使用可靠。
15.本发明解决的问题是：利用电子器件设计一种模拟旋转变压器的电路，在对旋转变压器激励和转换电路进行测试和验证时，彻底摆脱对旋转变压器实体的需求，消除运动部件，降低系统开发、维护难度。
16.本发明的技术方案是这样实现的：
17.一种模拟旋转变压器的电路，电路包括隔离变压器和连续可调衰减电路，隔离变压器的初级线圈作为整个电路的输入，隔离变压器的次级线圈与连续可调衰减电路输入相连，连续可调衰减电路的衰减端作为整个电路的输出，激励信号经过匹配电阻后输入到隔离变压器初级线圈，经过变压器隔离变换，在次级线圈产生未经衰减的中间信号，连续可调衰减电路由具有不同衰减系数的多级衰减电路串联而成。
18.连续可调衰减电路是2级、3级或更多级衰减电路串联，其中，上一级衰减电路与下一级的衰减电路衰减比为10：1，下一级的衰减电路调节范围是上一级的0.1倍，调节步长是上一级的0.1倍，下一级衰减电路能实现更加精细的调节，4级衰减电路串联时最大可提供104个调节档位，调节步长可精细到10-4
。
19.激励信号经过匹配电阻后输入到隔离变压器初级线圈，经过变压器隔离变换，在次级线圈产生未经衰减的中间信号。
20.连续可调衰减电路由具有不同衰减系数的多级衰减电路串联而成。
21.第1级衰减电路由4只双刀双掷继电器和4组衰减电阻(电阻阻值比为5:2:2:1)串联组合而成，通过继电器动作组合，可实现步长为1的10:0至0:10的步进衰减调节；
22.第2级衰减电路与第1级电路结构相同，但第2级衰减电阻为第1级衰减电阻的0.1倍(即1、2级串联后衰减电阻阻值比为5:2:2:1:0.5:0.2:0.2:0.1)，通过继电器动作组合，可实现步长为0.1的10.0:0至0:10.0的步进衰减调节；
23.通过串联第3级，第4级分级衰减电路，可实现更小步长的分级衰减调节。
24.中间信号经过衰减电路多级衰减后，可在衰减末端获得固定步长恒定的连续可调输出。
25.本发明基于控制器对旋转变压器的激励和采集电路的测试要求，具有如下优点：
26.电路的控制端为ttl接口，可与dsp、fpga对接或用do板卡直接控制，接口简单通用；
27.没有旋转的衔铁(旋转部分)，后期无需考虑旋转部分的润滑和实际位置，可靠性高；
28.系统没有惯性，不需要专门设计精确的运动控制电路就能得到预期的精确输出，响应速度快。
29.脱离具体的旋转变压器实体，测试系统无需考虑旋转变压器的实际安装需求，结构设计简单；接口简单，软件开发容易。
30.本发明一种模拟旋转变压器的电路，已应用于某型控制器的测试设备之中，其主要技术指标如下：
31.1)初级线圈、次级线圈的模拟电路采用专用隔离变压器完成(匝比为1：1)，实现对控制器旋转变压器激励电路的负载模拟，次级线圈输出信号(转换采集电路的输入)生成；
32.初级线圈、次级线圈的模拟电路还包括负载匹配电路，使模拟电路尽可能接近真实的旋转变压器负载；
33.2)衰减电路由合理设计的衰减器件组合而成，通过并行总线实现分级步进衰减，次级线圈输出全范围连续可调，根据精度需要，可将衰减级数设计为28至2
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的分档输出。
34.3)可实现1个或多个次级线圈的旋转变压器模拟；
35.使用1个初级线圈1个次级线圈，可实现简单的旋转变压器模拟(线位移传感器)；
36.使用1个初级线圈2个(或多个)次级线圈，可实现多线圈旋转变压器模拟(角位移传感器)，通过次级线圈的同名端调整可实现次级线圈的输出相位反转；
37.4)控制部分，采用ttl接口并行控制，接口可与dsp、fpga、驱动器等器件或do板卡进行连接，控制部分是8-16位的并行组合，实施简单，软件开发方便。
附图说明
38.图1模拟旋转变压器设计电路图(2级衰减电路串联)
39.图2是一个次级线圈模拟旋转变压器设计电路原理框图
40.图3是两个次级线圈模拟旋转变压器设计电路原理框图
41.图中，glbyq1、glbyq2：隔离变压器，实现负载匹配、模拟和激励变换输出；sj1、sj2：衰减电路，实现固定输出的可调衰减；qd1、qd2：驱动器，实现衰减电路的并行控制；jk1、jk2：接口电平转换器，实现与上位机控制电路的接口匹配(8-16位并行)。
具体实施方式
42.图1是2级衰减电路串联的模拟旋转变压器设计电路图。r6、r10取0ω，其他电阻按图1标识阻值，工作原理说明如下：
43.1)旋转变压器以驱动电路产生的激励信号经过“隔离变压器”(匝比取1：1),在次级线圈middle端获得与激励信号相同幅度和相位的中间信号；
44.2)k1～k8继电器分别或组合接通：
45.若全部继电器均不吸合，out端与middle端的分压关系比为100：0；
46.k8吸合，r14电阻被短接，r18电阻接通，out端与middle端的分压关系比为99：1；
47.k7吸合，r13电阻被短接，r17电阻接通，out端与middle端的分压关系比为98：2；
48.k7、k8吸合，r13、r14电阻被短接，r17、r18电阻接通，out端与middle端的分压关系比为97：3；
49.依次改变继电器吸合状态，直至继电器k1～k8全部吸合，out端与middle端的分压关系比为100：100(无衰减)。
50.吸合的继电器逐渐增加，out端与middle端的分压关系比实现了定步长递增。
51.中间信号经过衰减电路，实现了幅值的连续可调，实现了对模拟旋转变压器连续可调输出的模拟。
52.图2是隔离变压器次级线圈为1组的旋转变压器模拟电路，用于实现简单的旋转变压器的模拟，如直线位置等。
53.glbyq1为具有1个次级线圈的隔离变压器，sj1为多级(2级或更多)衰减电路组合而成的连续可调衰减电路，jk1为接口电平转换电路，qd1为继电器驱动电路。
54.按照组合规律设置crtl控制信号输出，crtl信号通过jk1和qd1适配和驱动后完成sj1的继电器组合设置，将sj1设定为预设衰减幅度。
55.input输入信号匹配后输入到glbyq1，glbyq1隔离变换后的中间信号通过多级衰减器sj1进行分级衰减，在output输出端获得预设衰减幅度的输出信号。
56.图3是隔离变压器次级线圈为2组的旋转变压器模拟电路，用于实现多路输入旋转
变压器的模拟。
57.glbyq2为具有2组次级线圈的隔离变压器，sj2为2组多级衰减电路组合而成的连续可调衰减电路，分别对2个次级线圈进行连续衰减，jk2为接口电平转换电路，qd2为继电器驱动电路。
58.按照组合规律设置crtl控制信号输出，crtl信号通过jk2和qd2适配和驱动后完成sj2的继电器组合设置，将sj2设定为预设衰减幅度。
59.input输入信号匹配后输入到glbyq2，glbyq2隔离变换后的中间信号通过多级衰减器sj2进行分级衰减，在output输出端获得预设衰减幅度的输出信号。
60.图3的2组次级线圈和2组衰减电路，可协同或独立设置，通过同名端的不同选择，可在output输出获得同相或反相的输出。
61.本发明已应用于某型控制器的自动化测试设备(ate)之中，用于该控制器的整机测试。该电路摆脱了测试、试验对旋转变压器实物的需求，降低了系统的体积和复杂度，该项测试与ate其他分系统的接口简单，实现了控制器的全自动测试，提高了整个测试系统的可靠性。
62.本发明也可以应用于其他旋转变压器的模拟，同时适用于其他行业的此类需求，可为其它航空、航天、兵器及民用行业中对旋转变压器驱动采集电路有测试需求的测试设备(ate)设计提供有益参考。