1 移相編碼器原理概述
1．1 原理及說明
    本方案采用以旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角傳感器的機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換其與之成正比的相位移,。首先用激磁信號作為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的開門信號，通過移相網(wǎng)絡(luò)與機(jī)械轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系的移相信號作為計(jì)數(shù)器的關(guān)門信號,。開門信號使計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),，而關(guān)門信號使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。此時(shí)保存在計(jì)數(shù)器里的數(shù)碼大小,，便為機(jī)械轉(zhuǎn)角成對應(yīng)關(guān)系的數(shù)碼,。
1．2 框圖

1．3 所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)
    采用粗精雙通道組合，粗：精=20：1,。粗,、精計(jì)數(shù)器均采用10位，粗滿量程為6000密位,，精滿量程為300密位,。210=1024故在360°里對應(yīng)的數(shù)碼為1024。顯然計(jì)數(shù)器中相差一個(gè)數(shù)碼對應(yīng)的粗密位數(shù)密位,。對應(yīng)的精密位數(shù),。
    各個(gè)角度里的轉(zhuǎn)換結(jié)果誤差為1～2個(gè)脈沖，即相差0．3～0．6密位,。
1．4 移相網(wǎng)絡(luò)原理
    旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的互成90°的二相電壓：us=Asinωtsinθ,uc=Asinωtcosθ加到阻容網(wǎng)絡(luò)上,，在滿足一定的條件下，就可得到與轉(zhuǎn)角θ成線性關(guān)系的輸出相位,。這可以從下面的公式推導(dǎo)中得到證明,。如圖2所示。

    可見,，在ωRC＝1的條件下,，移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的幅值是一個(gè)常數(shù)，與轉(zhuǎn)角θ無關(guān),，而輸出電壓的相位與轉(zhuǎn)角θ成線性關(guān)系,。但是輸出電壓相位相對于激磁電壓相位的相位差為，也就是說要使移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓相位相對于激磁電壓相位的相位差為零,，就須使加到阻容網(wǎng)絡(luò)上旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓的相位為,。對此在調(diào)整移相編碼器系統(tǒng)零位時(shí)，就必須將旋轉(zhuǎn)變壓器定子繞組旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)其移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓相位與激磁電壓相位的一致,，即使二者的相位差為零,。

2 移相編碼器的誤差分析
    除原理誤差外，移相編碼器的誤差由好多因素構(gòu)成,，其中主要由受信儀跟蹤誤差,，400周傳信儀的誤差，移相網(wǎng)絡(luò)的誤差及比較電路的誤差等因素構(gòu)成,。下面就分別加以研究：
2．1 移相網(wǎng)絡(luò)本身參數(shù)的影響
    移相網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是指電阻R,、電容C,、輸入信號的頻率ω。雖然在設(shè)計(jì)中電阻R,、電容C均采用了精密元件,，但其移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓初始相位公式有：

    可見，移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的相位誤差,，不但與本身參數(shù)的變化有關(guān),，還與轉(zhuǎn)角的大小有關(guān)。在同樣參數(shù)的影響下：
    顯然：當(dāng)有最小的誤差,。
    即：移相網(wǎng)絡(luò)中電阻R,、電容C上無電流，所以此時(shí)R,、C的變化不會影響移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的相位,。
    當(dāng)有最大誤差。
    即：移相網(wǎng)絡(luò)中電阻R,、電容C上有最大電流,，所以此時(shí)R、C的變化就會對移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的相位有最大影響,。
    n=0,、1、2……
2．2 比較器的影響
    任何型號的比較器均存在一定的失調(diào)電壓,，從其理論而言,，這種失調(diào)電壓會造成微小的相位變動(dòng)。但在本設(shè)計(jì)中開門比較器和關(guān)門比較器均采用同一型號的比較器,。這樣可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組消除這種微小的相位變動(dòng),。因此這種因素造成的影響就忽略不計(jì)了。

2．3 激磁電壓的影響
    激磁電壓的各種性能指標(biāo)的好壞會直接影響移相編碼器的精度,。尤其是激磁電壓零點(diǎn)處若有毛刺尖峰(如圖3所示),，會出現(xiàn)3000密位冒點(diǎn)現(xiàn)象。

    移相編碼器的開門計(jì)數(shù),，關(guān)門停止計(jì)數(shù)信號均為上升沿觸發(fā)。顯然在激磁電壓零點(diǎn)處若有毛刺(如圖3所示),，就會導(dǎo)致在400周內(nèi)二次開門或者二次關(guān)門,，造成3000密位冒點(diǎn)現(xiàn)象。就此問題,，在設(shè)計(jì)中將比較器的門坎電平由原來的56 mV提高到360 mV(如圖4所示),，抑制了±360 mV以下的零點(diǎn)毛刺干擾。從而基本上解決了3000密位冒點(diǎn)現(xiàn)象,。

3 移相編碼器調(diào)試方法
    粗精分劃盤零位對齊,。首先調(diào)整旋轉(zhuǎn)變壓器本身電氣零位,，即sin繞組輸出為零，cos繞組輸出最大,。然后將旋轉(zhuǎn)變壓器定子繞組轉(zhuǎn)動(dòng),。使移相編碼器計(jì)數(shù)器中的數(shù)碼為0密位，這樣移相編碼器的系統(tǒng)零位就調(diào)整好了,。根據(jù)：當(dāng)有最大誤差,，即此處R，C的變化對移相網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的相位有最大影響,。顯然調(diào)整移相網(wǎng)絡(luò)參數(shù),，使ωRC=1就須在處調(diào)整，只有在此處調(diào)整才能保證360°內(nèi)的精度,，而且不會影響調(diào)整好的系統(tǒng)零位,。故對移相編碼器調(diào)整時(shí)須在移相編碼器的系統(tǒng)零位調(diào)整好后，再將旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng),，這時(shí)再對移相網(wǎng)絡(luò)中的電位器進(jìn)行調(diào)整,，使移相編碼器計(jì)數(shù)器中的數(shù)碼為1500密位。這樣整個(gè)移相編碼器就調(diào)整好了,。

4 移相編碼器可靠性分析
    所用的器件
    集成片：37片10-8,；二極管：15個(gè)10-7；電位器：18個(gè)10-6,；電阻：105個(gè)10-8,；電容；107個(gè)10-7,；接插件：2個(gè)10-5,；焊點(diǎn)：500個(gè)10-7
   
    其中：λb基本失效率；ηE環(huán)境因素,；ηA應(yīng)用因素,；ηQ質(zhì)量因素。
    選用的為軍用器件,，故選?。?eta;ε為2，ηA為1,，ηQ為1．5
    將上述參數(shù)代入①得：
   
    其中：ηi某元器件數(shù),；λi某元器件的失效率。
    將所有元器件的數(shù)量級及失效率代入②得：

    平均無故障間隔時(shí)間
    保證可靠性的要求：
    (1)選用軍用元器件,，并對個(gè)別質(zhì)量較低的元器件要嚴(yán)格篩選老化處理,。
    (2)接插件要按軍用要求加固。
    (3)制作印制板,，印制板加工,，焊接裝配整個(gè)工藝過程都要按軍用要求處理,。
    (4)嚴(yán)格做五項(xiàng)試驗(yàn)。

5 結(jié)論
    本文為一篇純工程原理設(shè)計(jì)的參考文章,，理論推導(dǎo)正確,，誤差分析到位，可提供工程技術(shù)人員和學(xué)校教學(xué)使用,，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,。