如何使用任意波形發(fā) 生器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變壓器 模擬？

如何使用任意波形發(fā)生器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變壓器模擬？ 所謂旋轉(zhuǎn)變壓器，即是一種電磁傳感器，通常被用于測量“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)對使用旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試及故障排查時(shí)，很有必要建立一 個可以模擬實(shí)際旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的系統(tǒng)，尤其是當(dāng)需要測量一個旋轉(zhuǎn)變壓器電路 的操作限值以及隨之產(chǎn)生的信號時(shí)。所建立的仿真系統(tǒng)使得我們可以通過添加一 些已知誤差信號到待測信號上，或者通過改變信號的幅度/頻率/波形形狀來確認(rèn) 故障點(diǎn)，從而控制和測試待測系統(tǒng)的限值。

接下來我們將介紹一下一個簡單的模擬旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的方法。 旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)知識 大部分旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：作為轉(zhuǎn)子的初級線圈，以及兩個 固定線圈（彼此成 90 度定位的定子）

初級線圈由交流電壓 Vr 供電。初級線圈接收到的激勵信號通常是正弦 波，然后耦合到兩個次級線圈上。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器中，兩個次級線圈的 安裝角度互為 90 度。由于每個次級線圈位于相對于初級線圈不同的位置， 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 他們的輸出的信號為正交的（相位相差 90 度）。隨著轉(zhuǎn)子角度的變化，次 級線圈的輸出信號將如圖所示變化： 

從圖中我們可以看出，每個軸角都有對應(yīng)的電壓值。通過測量次級線 圈的瞬時(shí)電壓，可以確定轉(zhuǎn)子的角度。  在本文所提的仿真實(shí)驗(yàn)中，我們將使用任意波形發(fā)生器為初級線圈提 供激勵電壓。該任意波形發(fā)生器將用于同時(shí)調(diào)制另一臺雙通道信號發(fā)生器 的輸出。如前所述，這些輸出將代表次級正弦和余弦線圈所輸出的信號。

1． SDG1062X: 作為給次級線圈輸入調(diào)制信號的調(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)變壓器的初級線圈的小和 大頻率規(guī)格相匹配。許多旋轉(zhuǎn)變壓器的初級線圈信號的頻率從 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次 級線圈。 2． SDG2042X: 用于模擬次級線圈。該儀器應(yīng)具有單個外部調(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。 3． 雙通道示波器（我們使用 SDS5022X 超級熒光示波器）：對模 擬系統(tǒng)輸出信號進(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信號的 2-3 倍，如果待測信號是方波的時(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 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 SDG106 2X 的通道 1 連接到 SDG2042X 的 Aux In /Out 口，如下圖所示：

詳細(xì)步驟： 1. 把 SDG2042X 的兩路輸出（即所模擬的次級線圈的輸出）接到示波器上 2. 將 SDG 1062X（即初級線圈）所輸出的正弦波（Vr）調(diào)至儀器所能輸出的 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)制次級線圈發(fā)生器的輸出信號，其電壓設(shè)置應(yīng)該從 10Vpp 開始，然后 逐漸調(diào)整。 3. 設(shè)置 SDG2042 X 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，僅將相位偏移設(shè) 置為 90 度。這將保證我們所模擬的次級線圈的信號相位相差 90 度，符合實(shí) 際情況。 SDG2042X 的信號輸出頻率模擬的是次級線圈輸出頻率，其反映了實(shí)際的 旋轉(zhuǎn)變壓器初級線圈的旋轉(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單。 要在兩個通道之間耦合頻率，請按 Utility> CH Copy Coupling> FreqCoupl = ON 。 然后，任一通道的頻率變化都將應(yīng)用于另一個通道。 這可 以讓你同時(shí)改變兩個通道的頻率。 如果要將設(shè)置從一個通道復(fù)制到另一個通道，請按 Utility> CH Copy Coupling> CH Copy> CH1 => CH2 即可。 6. 打開 SDG1062X 的通道 1 和 SDG2042X 的兩個通道 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：

注：不要輸入過高的電壓以免使模擬次級線圈的任意波形發(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。

比較 SDG1032X （初級線圈）的調(diào)制頻率和 SDG2042X （次級線圈） 的調(diào)制參數(shù)。如果 SDG2042X （次級線圈）的調(diào)制輸入頻率較低，則其輸 出可能出現(xiàn)“臺階”，如下所示：

如果這種情況對模擬結(jié)果有影響，我們可以通過在每個次級線圈輸出 上（即 SDG1032X 的 CH1 和 CH2）放置低通濾波器來平滑臺階。這與對 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，使通帶低于個鏡像的頻率。

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 試解決方案。