一种基于频压变换的超速检测装置制造方法及图纸

发明专利技术了一种基于频压变换的超速检测装置，该装置可将编码器信号的频率线性地转换为电压信号，逻辑电路部分由可编程逻辑器件完成,为安全性要求高的运动控制系统提供了一路冗余保护信号。

Overspeed detection device based on frequency voltage transformation

The invention of a speed detection device based on frequency voltage transform, the device can be frequency linear encoder signal into voltage signal, logic circuit part is completed by the programmable logic device, provides a path redundancy protection signal for high safety requirements of the motion control system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于频压变换的超速检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于频压变换的超速检测装置。
技术介绍
转台作为半实物仿真试验中的关键设备，其保护措施关系到转台自身以及被测设备的安全运行；随着数字技术的发展，控制回路逐渐完全数字化，以前作为速度反馈的测速机信号也逐渐被由位置信号计算形成的数字速度信号所取代，由此带来的一个问题就是超速保护措施中必需的超速检测部件的独立性受到影响，一旦形成速度信号的计算机出现死机现象，超速保护措施就会失效；由于控制系统调试过程中很难完全避免失控超速现象的发生，对于有限转角的被控轴，独立于控制计算机的超速检测措施是有非常必要的；该超速检测保护方案是针对角位置信号由角编码器测量，无测速机反馈时的控制系统设计的。VFC320是美国BURR-BROWN公司生产的精密单片压频转换器件，既可作电压-频率转换，也可作频率-电压转换。动态范围大，最大工作频可达1MHz，通过很少几个外部元件就可调节满度输出和灵敏度。变换精度高，线性度好，10kHz满度范围时的非线性失真小于±0.005%，100kHz时小于±0.03%，1MHz时小于±0.1%。工作温度范围可达-55°C到±125°C，最大温度漂移为每度0.005%满度频率。双电源供电，典型值为±15V，可在±13V和±20V之间变化。输出脉冲幅度可根据需要进行调节，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统超速检测部件的独立性的问题，设计了一种基于频压变换的超速检测装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于频压变换的超速检测装置包括频率调整模块、频压变换模块、电压比较模块以及输出锁存模块。将转台运行最大速度时的位置传感器的信号经频率调整模块处理为100K的信号后，接入频压变换模块，经变换输出与频率成正比的电压值，将此电压与设定速度的电压信号比较。如果超过设定电压值，则将状态锁存，等待上位机的处理。同时该故障信号可通过复位信号清除。电压比较器采用了四通道电压比较芯片LM339，速度的设定通过带刻度的可调电位器完成，刻度0-100%对应0-10V的电压给定。准确的刻度可以通过电压表或示波器进行标定。所述的频压变换模块采用压频/频压变换芯片VFC320，芯片内部主要包括了一个输入运算放大器，两个比较器和一个触发器，两个可控1mA恒流源以及一个集电极开极输出单元。所述的频率调整模块由altera公司可编程逻辑器件EPM7128完成，频率调整模块的原理也就是一个分频计数器。当原始信号为1M时,即必要输出的100K信号多10倍,则分频系数为10,使用循环程序处理，信号上升沿触发计数器，当计数器值等于4时,计数器清零，同时输出信号高电平,重复计数下一个，同时当计数器值等于4时，计数器清零。输出信号低电平。由此实现了占空比为50%的10分频计数器。所述的故障锁存及故障复位模块的电压比较器采用了四通道电压比较芯片LM339，电压比较产生的信号是瞬时的，所以处理电路使用了d触发器，并将d触发器的输入端与高电平相连，当超速后，利用LM339瞬时值上升沿触发后，d触发器输出端即由低为高。d触发器输出端信号即为故障锁存。复位即将d触发器的清零端置低，将d触发器输出端置低，将故障信号清除。本专利技术的有益效果是：独立超速检测方案为超速保护提供了一路独立于控制计算机的监测信号，为没有测速机反馈的控制系统保护方案提供了一种新的途径，提高了转台系统运行的安全性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是超速检测方案原理框图。图2是压缩转换功能框图。图3是频压变换电路原理图。具体实施方式如图1所示，基于频压变换的超速检测装置包括频率调整模块、频压变换模块、电压比较模块以及输出锁存模块。将转台运行最大速度时的位置传感器的信号经频率调整模块处理为100K的信号后，接入频压变换模块，经变换输出与频率成正比的电压值，将此电压与设定速度的电压信号比较。如果超过设定电压值，则将状态锁存，等待上位机的处理。同时该故障信号可通过复位信号清除。电压比较器采用了四通道电压比较芯片LM339，速度的设定通过带刻度的可调电位器完成，刻度0-100%对应0-10V的电压给定。准确的刻度可以通过电压表或示波器进行标定。如图2所示，VFC320芯片内部主要包括了一个输入运算放大器，两个比较器和一个触发器，两个可控1mA恒流源以及一集电极开极输出单元。输入运算放大器的主要作用是和外围的电阻R1和电容C2构成一积分器,生成锯齿波函数。锯齿波的下降部分由输入电压决定,上升部分则由输入电压和内部电流源IA共同决定。工作过程简述如下：当有一正电压通过电阻R1加在电压输入端（Vin管脚）时，流过此电阻的电流对电容C2充电，Vout管脚处的电压开始匀速下降,下降速率为：dV/dt=Vin/R1C2，直至Vout降至电压为0；在此下降过程中，恒流源IA是被断开的，因此该段时间的长度只取决于输入电压和积分时间常数。当Vout处的电压降至0时，比较器A动作，并置位触发器，使之输出为高，同时接通恒流源IA和IB；此后，由于恒流源IA使电容C2放电，Vout处的电压开始升高，恒流源IB使电容C1反向充电，Vc1处的电压开始降低，直至Vc1处的电压降至-7.5V参考电压，此时由于比较器B的正输入端电压为-7.5V参考电压，比较器B动作，复位触发器，使之输出为低，同时断开恒流源IA和IB与输入积分电路和电容C1的连接；Vout处的电压又开始降低，从而开始一个新的周期。如此周而复始，就完成了电压量到频率量的转换过程。从最终效果上看，可以把两个比较器和一个触发器构成的电路看作单脉冲生成电路，其脉冲宽度取决于参考电压、1mA电流和外部电阻C1。如图3所示，为叙述方便，假设已知条件如下：输入信号为TTL逻辑，占空比50%，频率最高为100kHz的方波信号，要求对应最高频率时的输出电压为10V，VFC320的供电电压为±15V。TTL逻辑电平的编码脉冲信号fm需要经过耦合电容C3微分并偏置+2.5V后连接到芯片的频率输入端，触发转换的基本条件是负脉冲的下降沿需要过零从而使比较器A动作。下面对电路中的元件作用及参数计算进行说明：偏置电阻R5，R7及耦合电容C3：主要作用是提供偏置电压及波形变换，芯片频率输入端的电压波形如图中所示，选择电容C3，使得t近似等于0.1T，电阻R5、R7可分别选择12kΩ和2.2kΩ以保证偏置电压为+2.5V。电阻R1、R3及电容C2:电阻R1+R3的选择主要根据需要输出的最高电压及输入信号的占空比，R1+R3=VOUT/DFS(kΩ)。若频率最高时要求输出电压为10V，且编码脉冲信号的占空比为0.5，则R1+R3=10/0.5=20kΩ。R3为可调电位器，便于补偿电阻偏差。电容C2不直接影响频压变换系数，但考虑到输入运放的饱和、后续比较器允许的噪声水平以及积分翻转速率的限制等条件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频压变换的超速检测装置包括频率调整模块、频压变换模块、电压比较模块以及输出锁存模块；将转台运行最大速度时的位置传感器的信号经频率调整模块处理为100K的信号后， 接入频压变换模块，经变换输出与频率成正比的电压值，将此电压与设定速度的电压信号比较，如果超过设定电压值，则将状态锁存，等待上位机的处理，同时该故障信号可通过复位信号清除，电压比较器采用了四通道电压比较芯片LM339，速度的设定通过带刻度的可调电位器完成，刻度0‑100%对应0‑10V的电压给定，准确的刻度可以通过电压表或示波器进行标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于频压变换的超速检测装置包括频率调整模块、频压变换模块、电压比较模块以及输出锁存模块；将转台运行最大速度时的位置传感器的信号经频率调整模块处理为100K的信号后，接入频压变换模块，经变换输出与频率成正比的电压值，将此电压与设定速度的电压信号比较，如果超过设定电压值，则将状态锁存，等待上位机的处理，同时该故障信号可通过复位信号清除，电压比较器采用了四通道电压比较芯片LM339，速度的设定通过带刻度的可调电位器完成，刻度0-100%对应0-10V的电压给定，准确的刻度可以通过电压表或示波器进行标定。2.根据权利要求1所述的基于频压变换的超速检测装置，其特征是所述的频压变换模块采用压频/频压变换芯片VFC320，芯片内部主要包括了一个输入运算放大器，两个比较器和一个触发器，两个可控1mA恒流源以及一个集电极开极输出单元。3.根据权利要求1所述的基于频压变换的超速检测装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福霞，
申请(专利权)人：李福霞，
类型：发明
国别省市：辽宁,21