多功能實用電機測試線路
崔淑梅 鄭 萍 朱春波 程樹康（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
1引言
在電機的測試中，經(jīng)常要進(jìn)行位置（或角度）及速度的測試。光電編碼器由于既可作速度信號傳感器，又可作位置信號傳感器，且精度高，無疑是這類傳感器的優(yōu)選者。選擇了傳感器并不意味著就可以做實驗、測數(shù)據(jù)了。因為必須對傳感器的信號進(jìn)行處理，才能得到想要的信息。而在科研和生產(chǎn)中，有時并沒有必要由此制作一個系統(tǒng)或一臺儀器。因為太費時費力。因而設(shè)計了一個簡單實用的光電編碼器后續(xù)電路。利用該線路再配上一些通用儀器設(shè)備就可以做很多電機實驗。
2原理及組成
圖1是這個測試線路的框圖。信號整理部分將光電編碼器送來的信號進(jìn)行預(yù)處理，以供后兩部分利用。位置信號形成部分負(fù)責(zé)將經(jīng)過整理后的傳感器 的頻率信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。速度信號形成部分完成將頻率信號轉(zhuǎn)換為代表電機速度的電壓信號的任務(wù)，其轉(zhuǎn)速方向由電壓正負(fù)表示。
2.1信號整理部分
包括整形辨向電路及分頻電路。因為光電編碼器的輸出信號為兩路相位相差90度的信號a、b，如圖2所示。要得到正、反向信號，要進(jìn)行整形、辨向，可用圖3所示電路實現(xiàn)。
因為被測電機轉(zhuǎn)速范圍不同，所用編碼器精度是一定的，而f/v轉(zhuǎn)換頻率及計數(shù)器位數(shù)有限；為了與不同精度的編碼器相配合，測試不同的速度，需配以分頻電路。這部分可根據(jù)需要選用不同倍數(shù)的分頻器。圖4是一由三片雙10進(jìn)制計數(shù)器74ls390組成的兩路1 000分頻的分頻器。從不同的引腳引出可得到不同的分頻數(shù)。以x路為例，分別從每片74ls390的a端，可得到10分頻，100分頻，1 000分頻。
若系統(tǒng)配有單片機，可采用8253或8254可預(yù)置數(shù)計數(shù)器來做分頻器，實現(xiàn)任意分頻，這樣可節(jié)省硬件。
也可用其它結(jié)構(gòu)分頻器，但需注意芯片的帶寬，即可用的****頻率。因為若電機轉(zhuǎn)速較高，而編碼器也采用較高精度，則脈沖信號的頻率將很高。如電機轉(zhuǎn)速為5 000r/min，編碼器一圈輸出脈沖數(shù)為36 000，則來自傳感器的信號頻率為：(5000/60)×36000-3mhz
2.2位置信號形成部分
與電機軸同軸的光電編碼器輸出與轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)速）有關(guān)的正余弦信號。經(jīng)整形辨向電路分離為與轉(zhuǎn)角成比例的正向脈沖信號和反向脈沖信號，這兩路信號送到可逆計數(shù)器，得到電機位置的數(shù)字量累積，然后經(jīng)過變換變?yōu)槟Ｋ屏浚詈笥稍鲆娣糯笳{(diào)節(jié)電路，變?yōu)檫m于顯示的代表位置的電壓信號。
本部分電路還包括位置預(yù)置電路。通過8位開關(guān)預(yù)置一個位置，加法器將給定位置與現(xiàn)位置（通過鎖存器記憶的計數(shù)器數(shù)值）相加，由控制脈沖控制，送入計數(shù)器，即給計數(shù)器置數(shù)。單穩(wěn)電路是為可靠置數(shù)設(shè)置的。另外還可通過電踣實現(xiàn)計數(shù)器的清零。
該部分一個實用的線路，如圖5所示。
可逆計數(shù)器選用2個4位加減可逆計數(shù)器74ls193。4568為雙4位數(shù)鎖存器，用來鎖存計數(shù)器的數(shù)值。用二個4位超前進(jìn)位全加器4008做加法器。4528為雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，使計數(shù)器可靠清零、置數(shù)用。d/a選用8位d/a，如dac0800即可。
利用該部分線路，可測試與步進(jìn)電動機位置（轉(zhuǎn)角）有關(guān)的項目。如單步響應(yīng)、步距精度等。測試時，只需將傳感器與該部分線路接好。驅(qū)動電機，按要求運行，用示波器或電壓表從a端可獲得電機的轉(zhuǎn)角信號。
2.3速度信號形成電路
頻率／電壓轉(zhuǎn)換器將來自分頻器的代表正、反速率的兩路脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�與速率成正比的電壓信號，然后由加法電路實現(xiàn)正、反加減，最后得到一個具有正負(fù)的電壓信號。電壓的大小表示速度的大小，正、負(fù)表示速度的方向。將此信號接于示波器或電壓表即可觀察，測試電機的速度。具體線路見圖6。
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