同步器信号采集原理

同步器信号采集原理

飞机姿态和航向陀螺输出的角度信号为三相交流同步器信号。三相交流同步器又称自整角机,分解器又称旋转变压器,它们皆归类于微特电机。在传统的测角跟踪系统与机电模拟解算系统中,它们都是重要的组成部件。在转角与位移测量系统中,它们也是一种常用的角度传感器。由于测量精度较高、性能稳定、工作可靠等原因,至今仍被广泛地应用于军工和民用测量与控制系统中。中船总716所等有关工业部门还专门生产与它们相配套的多种型号、规格的模／数转换器专用集成电路或模块,以满足与数字系统相接口的要求。

ZSZ／XSZ－02是一种超小型、模块式、通用化的自整角机／旋转变压器—数字转换器,采用二阶伺服原理设计,数据输出具有三态锁存功能。采用32线双列直插金属外壳封装,体积小,重量轻,可靠性高。

输入信号可以接收来自三线自整角机的角度激励信号和参考电压信号,也可以接收来自四线旋转变压器的角度激励信号和参考电压信号。输出角度信号经过三态数据锁存器锁存、变成与TTL电平兼容的并行二进制码数字量信号。三态输出能使多个转换器直接挂在数据总线上,而且在使用禁止信号/INH时不断开转换器内部回路。该系列转换器和美国AD公司生产的SDC／RDC1740系列兼容。

在自整角机或旋转变压器的输入端加上U＝U0sinωt后,对于自整角机,输出电压为：

Us1-s3＝K1U0 sinθsinωt

Us3-s2＝K1U0sin(θ -120º)sinωt

U s2-s1= K1U0sin(θ＋120º)sinωt

上述表达式中,

U0一输入交流电压幅值

θ一轴角

ω一三相交流信号的角频率

K1一变比

为了将上述这些信号变换成表示角度θ的数字信号,以前往往采用模拟开关、采样／保持、A／D转换器等组成转换电路来完成。近十多年来研制出将自整角机和旋转变压器输出的交流信号直接变换成数字信号的器件,即自整角机/数字转换器（SDC）和旋转变压器／数字转换器（RDC）器件。

自整角机/旋转变压器—数字转换器模块的作用是把自整角机和旋转变压器输出的三相交流信号变换成数字信号。自整角机/旋转变压器—数字转换器模块结构框图如图2所示。

图2 自整角机/旋转变压器—数字转换器模块原理框图

图2是自整角机/数字转换器（SDC）与旋转变压器／数字转换器（RDC）的原理框图,自整角机输出的三线电压或旋转变压器输出的四线电压分别对应接至转换器SDC或RDC的输入端S1、S2、S3端或S1、S2、S3、S4端。

如果器件是自整角机一数字转换器,则自整角机三线输出应连接到转换器上的S1、S2和S3端,那么微型Scott变压器将这些信号转换成正弦、余弦形式。即：

V1=K1Uosinωtsinθ

V2=K1UoSinωtCosθ

这里θ是自整角机轴角。

如果器件是旋转变压器一数字转换器,则旋转变压器四线输出应连接到转换器上的S1、S2、S3、和S4端,那么此时的微型变压器只起隔离和变压作用。

V1=K1U0sinθcosωt

V2=K1U0cosθsinωt

为便于理解转换过程,假定可逆计数器当前字状态为φ,那么,V1乘以Cosφ、V2乘以Sinφ得到：

K1U0 sinθcosфsinωt

K1U0 cosθsinфsinωt

这些信号经误差放大器后得到：K1U0（sinθcosф-cosθsinф）sinωt

经三角函数变换后得到：K1U0sin(θ-ф) sinωt

由相敏解调器、积分器、压控振荡器（VCO）和可逆计数器等组成的闭环系统使Sin（θ-φ）趋近于零,即θ=ф。当这个过程完成时,可逆计算器内的代码(ф)就等于转换器的转换结果,转换器输出的二进制数字值（φ）代表了自整角机或旋转变压器输出的轴角θ,该数字值直接或通过三态锁存器送至计算机用于显示。

假定禁止信号“/INH”是逻辑高电平,那么,可逆计数器被更新以后,其数字量φ将被选通进入三态锁存器,如果使能信号“/ENM”和“/ENL”是逻辑低电平,那么φ将出现在的输出端上。

三、同步器信号采集板电路设计

同步器转换模块把地平仪、航向陀螺输出的三相正余弦同步器角度信号变成单片机能接收的数字量信号,同步器转换模块是一种采用跟踪转换技术和模块化结构的自整角机—数字转换器,它应用二阶伺服回路,输出是与TTL电平兼容的12位并行自然二进制码,完成角度的模/数转换,且在数字输出端包含三态锁存器。

地址译码电路由地址译码电路组成,实现三路同步器转换模块的地址译码,分时读取每一路同步器模块的角度信号。控制电路由逻辑门电路组成,实现三路同步器转换模块的数据分时读取施能控制。数据锁存器由三态数据锁存器组成,锁存同步器转换模块的高4位数据,实现12位同步器数据的分时读取。飞参数据采集器通过系统8位数据总线,分两次读取转换数据,先读取12位同步器转换模块的低8位数据,再读取同步器转换模块的高4位数据。通过同步器数据采集板完成了飞行参数记录系统同步器信号的采集工作。

四、应用情况

同步器信号采集板作为飞行参数记录系统的一部分,已批量装备部队使用。同时作为试飞测试系统中机载数据采集器的一部分,已在多个系统和项目中得到广泛应用。通过部队和用户的使用证明,系统工作稳定、可靠。