所謂旋轉(zhuǎn)變壓器,,即是一種電磁傳感器,通常被用于測(cè)量“旋轉(zhuǎn)物體“的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度,。這些“旋轉(zhuǎn)物體”通常應(yīng)用于汽車電子(凸輪/曲軸位置),,航空(襟翼位置)以及舵機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域,。
當(dāng)對(duì)使用旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),、測(cè)試及故障排查時(shí),,很有必要建立一個(gè)可以模擬實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的系統(tǒng),尤其是當(dāng)需要測(cè)量一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器電路的操作限值以及隨之產(chǎn)生的信號(hào)時(shí),。所建立的仿真系統(tǒng)使得我們可以通過添加一些已知誤差信號(hào)到待測(cè)信號(hào)上,,或者通過改變信號(hào)的幅度/頻率/波形形狀來確認(rèn)故障點(diǎn),從而控制和測(cè)試待測(cè)系統(tǒng)的限值。
接下來我們將介紹一下一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的方法,。
旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)知識(shí)
大部分旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下:作為轉(zhuǎn)子的初級(jí)線圈,,以及兩個(gè)固定線圈(彼此成90度定位的定子)
圖1 常見旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)
初級(jí)線圈由交流電壓Vr供電。初級(jí)線圈接收到的激勵(lì)信號(hào)通常是正弦波,,然后耦合到兩個(gè)次級(jí)線圈上,。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器中,兩個(gè)次級(jí)線圈的安裝角度互為90度,。由于每個(gè)次級(jí)線圈位于相對(duì)于初級(jí)線圈不同的位置,所以它們具有不同的耦合效率,;又因?yàn)樗麄儽舜酥g角度差為90度,,所以他們的輸出的信號(hào)為正交的(相位相差90度)。隨著轉(zhuǎn)子角度的變化,,次級(jí)線圈的輸出信號(hào)將如圖所示變化:
圖2 旋轉(zhuǎn)變壓器輸出波形
從圖中我們可以看出,,每個(gè)軸角都有對(duì)應(yīng)的電壓值。通過測(cè)量次級(jí)線圈的瞬時(shí)電壓,,可以確定轉(zhuǎn)子的角度,。
仿真儀器
在本文所提的仿真實(shí)驗(yàn)中,我們將使用任意波形發(fā)生器為初級(jí)線圈提供激勵(lì)電壓,。該任意波形發(fā)生器將用于同時(shí)調(diào)制另一臺(tái)雙通道信號(hào)發(fā)生器的輸出,。如前所述,這些輸出將代表次級(jí)正弦和余弦線圈所輸出的信號(hào),。
1. SDG1062X: 作為給次級(jí)線圈輸入調(diào)制信號(hào)的調(diào)制源,。所選的儀器的帶寬應(yīng)該能夠與您正在模擬的旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈的最小和最大頻率規(guī)格相匹配。許多旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈信號(hào)的頻率從5 k到20 kHz不等,,電壓從幾百mV到幾百V不等,。 這些更高的電壓用于激勵(lì)次級(jí)線圈。
2. SDG2042X:用于模擬次級(jí)線圈,。該儀器應(yīng)具有單個(gè)外部調(diào)制輸入,,獨(dú)立相位控制和雙邊帶AM(DSB-AM)調(diào)制的功能,以上功能將應(yīng)用于模擬旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦和余弦信號(hào),。
3. 雙通道示波器(我們使用SDS5022X超級(jí)熒光示波器):對(duì)模擬系統(tǒng)輸出信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證,。選擇具有適當(dāng)帶寬的示波器非常重要。(所選示波器帶寬至少是待測(cè)信號(hào)的2-3倍,,如果待測(cè)信號(hào)是方波的時(shí)候,,則需要選擇更高帶寬的示波器)本文中我們選用的示波器還具有搜索&導(dǎo)航功能和Zoom功能,以及配備了一個(gè)10.1英寸的大電容觸摸屏,,使我們更容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,。
儀器設(shè)置
用一根BNC線從SDG1062X的通道1連接到SDG2042X的Aux In /Out口,如下圖所示:
圖三 模擬系統(tǒng)儀器連接示意
詳細(xì)步驟:
1. 把SDG2042X的兩路輸出(即所模擬的次級(jí)線圈的輸出)接到示波器上
2. 將SDG 1062X(即初級(jí)線圈)所輸出的正弦波(Vr)調(diào)至儀器所能輸出的最低頻率。一般情況下,,Vr的頻率范圍大概在5k-20kHz之間,。SDG1062X將用于調(diào)制次級(jí)線圈發(fā)生器的輸出信號(hào),其電壓設(shè)置應(yīng)該從10Vpp開始,,然后逐漸調(diào)整,。
3. 設(shè)置SDG2042X的CH1輸出頻率為1Hz,電壓為10Vpp的正弦波,。(或者設(shè)置為旋轉(zhuǎn)變壓器電路的最大電壓)
4. 把SDG2042X的輸出波形設(shè)為經(jīng)過DSB-AM調(diào)制的,。
5. 設(shè)置SDG2042X的CH2輸出與CH1相同的正弦調(diào)制信號(hào),僅將相位偏移設(shè)置為90度,。這將保證我們所模擬的次級(jí)線圈的信號(hào)相位相差90度,,符合實(shí)際情況。
SDG2042X的信號(hào)輸出頻率模擬的是次級(jí)線圈輸出頻率,,其反映了實(shí)際的旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)線圈的旋轉(zhuǎn)頻率大小,。需確保將CH1和CH2都設(shè)置為相同的頻率。
注:SDG2000X系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器具有通道復(fù)制功能和通道耦合功能,,可使得以上步驟更加簡(jiǎn)單,。
要在兩個(gè)通道之間耦合頻率,請(qǐng)按Utility> CH Copy Coupling> FreqCoupl = ON,。 然后,,任一通道的頻率變化都將應(yīng)用于另一個(gè)通道。 這可以讓你同時(shí)改變兩個(gè)通道的頻率,。
如果要將設(shè)置從一個(gè)通道復(fù)制到另一個(gè)通道,,請(qǐng)按Utility> CH Copy Coupling> CH Copy> CH1 => CH2即可。
6. 打開SDG1062X的通道1和SDG2042X的兩個(gè)通道
7. 驗(yàn)證模擬系統(tǒng)的性能,。調(diào)節(jié)SDG1062X的頻率(轉(zhuǎn)子的變化率),,進(jìn)行驗(yàn)證,直到測(cè)試到該模擬器系統(tǒng)的極限,。
下圖顯示了在調(diào)節(jié)SDG1062X的頻率和SDG2042X的頻率時(shí)的示波器所顯示的圖像:
圖4 初級(jí)線圈為5kHz,,次級(jí)線圈為100Hz
圖5 初級(jí)線圈為5kHz,次級(jí)線圈為200Hz
注:不要輸入過高的電壓以免使模擬次級(jí)線圈的任意波形發(fā)生器過載,。大約10Vpp左右的電壓就足以實(shí)現(xiàn)調(diào)制,。下圖即顯示了當(dāng)輸出過高電壓時(shí)的調(diào)制輸出。
圖6 輸出電壓設(shè)置為14V,,過高,,此時(shí)波形的邊緣已經(jīng)接近方波
圖7 輸入正確范圍內(nèi)的電壓(10Vpp),我們可以看到此時(shí)波形的邊緣是光滑的
比較SDG1032X(初級(jí)線圈)的調(diào)制頻率和SDG2042X(次級(jí)線圈)的調(diào)制參數(shù),。如果SDG2042X(次級(jí)線圈)的調(diào)制輸入頻率較低,,則其輸出可能出現(xiàn)“臺(tái)階”,,如下所示:
圖8 初級(jí)線圈的頻率設(shè)置過高時(shí),次級(jí)線圈輸出的波形
圖9 當(dāng)初級(jí)線圈輸出的頻率過高時(shí),,對(duì)次級(jí)線圈所輸出的波形進(jìn)行Zoom設(shè)置,,觀察波形細(xì)節(jié)
如果這種情況對(duì)模擬結(jié)果有影響,我們可以通過在每個(gè)次級(jí)線圈輸出上(即SDG1032X的CH1和CH2)放置低通濾波器來平滑臺(tái)階,。這與對(duì)DAC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸出的鏡像進(jìn)行濾波是類似的原理,。SDG1000X系列和SDG2000X系列都具有工作在600 kHz的調(diào)制采樣時(shí)鐘,因此添加的低通濾波器通帶截止頻率在600kHz/2=300kHz(Nyquist Limit = 采樣率的一半)即可,。
設(shè)計(jì)濾波器,,使通帶低于第一個(gè)鏡像的頻率。
圖9 奈奎斯特采樣定理
結(jié)論
使用任意波形發(fā)生器模擬旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)提供了一種簡(jiǎn)單的方法來驗(yàn)證和解決旋轉(zhuǎn)變壓器的電路和軟件的操作,。鼎陽科技SDG1000X系列以及SDG2000X系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器應(yīng)用提供了靈活而快速的測(cè)試解決方案,。
關(guān)于鼎陽
鼎陽科技(SIGLENT)是一家專注于通用電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器及相關(guān)解決方案的公司。
從2005推出第一款數(shù)字示波器產(chǎn)品至今,,10余年來鼎陽科技一直是全球發(fā)展速度最快的數(shù)字示波器制造商。歷經(jīng)多年發(fā)展,,鼎陽產(chǎn)品已擴(kuò)展到數(shù)字示波器,、手持示波表、函數(shù)/任意波形發(fā)生器,、頻譜分析儀,、臺(tái)式萬用表、直流電源等通用測(cè)試測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品,。2007年,,鼎陽與高端示波器領(lǐng)導(dǎo)者美國(guó)力科建立了全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。2011年,,鼎陽發(fā)展成為中國(guó)銷量領(lǐng)先的數(shù)字示波器制造商,。2014年,鼎陽發(fā)布了中國(guó)首款智能示波器SDS3000系列,,引領(lǐng)“人手一臺(tái)”型實(shí)驗(yàn)室使用示波器由功能示波器向智能示波器過渡的趨勢(shì),。2017年,鼎陽發(fā)布打破行業(yè)壟斷,,多項(xiàng)參數(shù)突破國(guó)內(nèi)技術(shù)瓶頸的SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器,,其輸出帶寬高達(dá)500MHz。目前,,鼎陽已經(jīng)在美國(guó)克利夫蘭和德國(guó)漢堡成立分公司,,產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全球70多個(gè)國(guó)家,SIGLENT正逐步成為全球知名的測(cè)試測(cè)量?jī)x器品牌,。
關(guān)于鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)
鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)(簡(jiǎn)稱鼎陽硬件智庫(kù))由深圳市鼎陽科技有限公司領(lǐng)銜創(chuàng)辦,,是中國(guó)第一家“智力眾籌”模式的硬件智庫(kù),。
鼎陽硬件智庫(kù)順時(shí)順勢(shì),倡導(dǎo)“連接-分享-協(xié)作-創(chuàng)造”的理念,,高舉志愿者服務(wù)的大旗,,相信互聯(lián)網(wǎng)是“愛”的大本營(yíng),相信人們都有發(fā)自內(nèi)心分享的愿望,。
鼎陽硬件智庫(kù)選擇硬件領(lǐng)域最普遍的七類問題:電源,,時(shí)鐘,DDR,,低速總線,,高速總線,EMC,,測(cè)試測(cè)量進(jìn)行聚焦,。尋找“最針尖”的問題進(jìn)行研討,針對(duì)“最針尖”的問題組織專家答疑,,將硬件大師積累的寶貴知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)變成公眾財(cái)富,,惠及更多硬件人。
鼎陽硬件智庫(kù),,群策群力,,連接所有硬件人。
有硬件問題,,找鼎陽硬件智庫(kù),。