[发明专利]一种感应同步器数显位移测量方法

说明书

本发明涉及一种以感应同步器作为传感器的精密位移测量方法。更具体的说，是一种在提高测量细分精度的同时，也提高其相对速度上限及简化电路结构的新方法。

在鉴幅型感应同步器数显表中，对滑尺与定尺的相对移动信号X及其所代表的机械位移角θ_机＝2πX/T的检测，是由激磁电流I的电气相位角θ_电对θ_机的跟踪来实现的。跟踪误差△＝θ_电-θ_机可通过定尺上感应电势e_f＝KEmSin（θ_电-θ_机）Sinωt反映出来，对θ_机进行修正，使e_f→0，则△→0;即实现了θ_电对θ_机的跟踪。此过程见图1。

所有不同型号的鉴幅型感应同步器数显表，其主要差别在于对Sinωt的调制过程处理和对修正因子Km实现修正θ的方法不同。常用的有函数变压器式（如湖滨仪器厂生产的SF19型）及脉冲调宽型（如上海机床电器厂的ST2型），利用励磁电流进行调制，而修正电气角θ往往都由V/F变换器发出的修正脉冲数△n代表△θ来实现θ＝θ+△θ。目前常用的脉冲调宽型数显表工作过程可由图2说明。

上述方法缺点在于，偏差信号e_f越小时，由挖补方式修正脉宽n的过程越慢，而当滑尺移动太快时，挖补过程不够快而丢失信息，使脉冲修正失败，产生粗误差（至少差一个节距）。

本发明利用微处理机CPU对A/D转换后偏差信号的波形及幅值，经计算后直接修正电气角θ，这样的修正是由CPU进行一次加（减）运算实现的，而不是前述的对修正脉冲一个一个地计数来实现。这样修正过程快，过程可由图3说明。

为了在提高容许速度上限的同时，又提高分辨率，对偏差信号e_f采用放大倍数K为对数特性的交流放大器。这样在小信号时的放大率K_L远大于大信号时的放大率K_H，见图4。这样，系统在小偏差信号时，由于放大倍数K_L足够大而仍有足够精度，而大偏差信号时，输出信号e_f不会超出A/D转换允许范围，高速移动滑尺，产生的大偏差信号e_f仍能维持A/D转换正常工作。这样的非线性放大系数环节在CPU对A/D结果进行反对数运算后，仍恢复了整个系统的线性，实现了高速和高精度两个优点共存的目标。

在上述构思的基础上，本发明进一步利用CPU及A/D转换器的结合，省去较昂贵复杂的对数特性交流放大器，仍采用线性运算放大器，对信号作大倍率K限幅放大，限幅值Um仍在A/D允许输入范围内，见图5。此放大器在小信号时作高倍率放大，而在大信号时将限幅值Um送至A/D转换器，根据公式：

UpSin[（π-B）/2]＝Um

得到    Up＝Um/Sin[（π-B）/2]

式中：宽度B是A/D转换结果经CPU计算后所得（为一时间差）;

Up是大偏差信号e_f的幅值。

这样，用限幅的线性运算放大器代替对数特性运算放大器，借助A/D转换器及CPU的灵活运算处理能力，仍然可以实现感应同步器位移测量的高分辨率和高速度的统一。

感应同步器鉴幅式数显电路在滑尺绕组激励电流的一个周期内，只能获得一次关于偏差峰值的信息，只能做一次修正处理，而且一次修正量绝不能超过一个节距，这就意味着在一个周期内移动超过一个节距，就会使修正错误，产生粗误差。

本发明在上述方法的基础上，采用了如图6所示的激励频率变换电路，在保证了测量精度的同时，再进一步提高了移动速度的允许上限。

微处理器CPU根据A/D转换结果修正电气角θ_电，若A/D结果U＜Um，则CPU将发出指令使基频

f＝2πω＝f_o/（n₁＊n₂）

降低激励频率，提高脉宽细分度，即提高修正精度;

若连续m个周期内，限幅宽度B大于预定值B1，则认定是高速运动，CPU将发出指令使基频

f＝f_o/n₁

这样，激励波形周期变小，修正频率加快，提高了跟踪速度。软件框图见图7。

m取值范围为3～10;