如何使用任意波形发 生器进行旋转变压器 模拟？

如何使用任意波形发生器进行旋转变压器模拟？ 所谓旋转变压器，即是一种电磁传感器，通常被用于测量“旋转物体“的转 轴角位移和角速度。这些“旋转物体”通常应用于汽车电子（凸轮/曲轴位置）， 航空（襟翼位置）以及舵机等工业领域。 当对使用旋转变压器的系统进行设计、测试及故障排查时，很有必要建立一 个可以模拟实际旋转变压器输出的系统，尤其是当需要测量一个旋转变压器电路 的操作限值以及随之产生的信号时。所建立的仿真系统使得我们可以通过添加一 些已知误差信号到待测信号上，或者通过改变信号的幅度/频率/波形形状来确认 故障点，从而控制和测试待测系统的限值。

接下来我们将介绍一下一个简单的模拟旋转变压器系统的方法。 旋转变压器基础知识 大部分旋转变压器的设计结构如下：作为转子的初级线圈，以及两个 固定线圈（彼此成 90 度定位的定子）

初级线圈由交流电压 Vr 供电。初级线圈接收到的激励信号通常是正弦 波，然后耦合到两个次级线圈上。大多数旋转变压器中，两个次级线圈的 安装角度互为 90 度。由于每个次级线圈位于相对于初级线圈不同的位置， 所以它们具有不同的耦合效率；又因为他们彼此之间角度差为 90 度，所以 他们的输出的信号为正交的（相位相差 90 度）。随着转子角度的变化，次 级线圈的输出信号将如图所示变化： 

从图中我们可以看出，每个轴角都有对应的电压值。通过测量次级线 圈的瞬时电压，可以确定转子的角度。  在本文所提的仿真实验中，我们将使用任意波形发生器为初级线圈提 供激励电压。该任意波形发生器将用于同时调制另一台双通道信号发生器 的输出。如前所述，这些输出将代表次级正弦和余弦线圈所输出的信号。

1． SDG1062X: 作为给次级线圈输入调制信号的调制源。所选的 仪器的带宽应该能够与您正在模拟的旋转变压器的初级线圈的小和 大频率规格相匹配。许多旋转变压器的初级线圈信号的频率从 5 k 到 20 kHz 不等，电压从几百 mV 到几百 V 不等。 这些更高的电压用于激励次 级线圈。 2． SDG2042X: 用于模拟次级线圈。该仪器应具有单个外部调制输 入，独立相位控制和双边带 AM （DSB-AM ）调制的功能，以上功能将应 用于模拟旋转变压器的正弦和余弦信号。 3． 双通道示波器（我们使用 SDS5022X 超级荧光示波器）：对模 拟系统输出信号进行验证。选择具有适当带宽的示波器非常重要。（所选 示波器带宽至少是待测信号的 2-3 倍，如果待测信号是方波的时候，则 需要选择更高带宽的示波器）本文中我们选用的示波器还具有搜索& 导航 功能和 Zoom 功能，以及配备了一个 10.1 英寸的大电容触摸屏，使我们 更容易进行实验验证。 仪器设置 用一根 BNC 线从 SDG106 2X 的通道 1 连接到 SDG2042X 的 Aux In /Out 口，如下图所示：

详细步骤： 1. 把 SDG2042X 的两路输出（即所模拟的次级线圈的输出）接到示波器上 2. 将 SDG 1062X（即初级线圈）所输出的正弦波（Vr）调至仪器所能输出的 低频率。一般情况下，Vr 的频率范围大概在 5k-20kHz 之间。SDG1062X 将 用于调制次级线圈发生器的输出信号，其电压设置应该从 10Vpp 开始，然后 逐渐调整。 3. 设置 SDG2042 X 的 CH1 输出频率为 1Hz，电压为 10Vpp 的正弦波。（或者

设置为旋转变压器电路的大电压） 4. 把 SDG2042X 的输出波形设为经过 DSB-AM 调制的。 5. 设置 SDG2042X 的 CH2 输出与 CH1 相同的正弦调制信号，仅将相位偏移设 置为 90 度。这将保证我们所模拟的次级线圈的信号相位相差 90 度，符合实 际情况。 SDG2042X 的信号输出频率模拟的是次级线圈输出频率，其反映了实际的 旋转变压器初级线圈的旋转频率大小。需确保将 CH1 和 CH2 都设置为相同的频 率。 注：SDG2000X 系列函数/任意波形发生器具有通道复制功能和通道耦合功 能，可使得以上步骤更加简单。 要在两个通道之间耦合频率，请按 Utility> CH Copy Coupling> FreqCoupl = ON 。 然后，任一通道的频率变化都将应用于另一个通道。 这可 以让你同时改变两个通道的频率。 如果要将设置从一个通道复制到另一个通道，请按 Utility> CH Copy Coupling> CH Copy> CH1 => CH2 即可。 6. 打开 SDG1062X 的通道 1 和 SDG2042X 的两个通道 7. 验证模拟系统的性能。调节 SDG1062X 的频率（转子的变化率），进行验证， 直到测试到该模拟器系统的极限。 下图显示了在调节 SDG1062X 的频率和 SDG2042X 的频率时的示波器所 显示的图像：

注：不要输入过高的电压以免使模拟次级线圈的任意波形发生器过载。 大约 10Vpp 左右的电压就足以实现调制。下图即显示了当输出过高电压时 的调制输出。

比较 SDG1032X （初级线圈）的调制频率和 SDG2042X （次级线圈） 的调制参数。如果 SDG2042X （次级线圈）的调制输入频率较低，则其输 出可能出现“台阶”，如下所示：

如果这种情况对模拟结果有影响，我们可以通过在每个次级线圈输出 上（即 SDG1032X 的 CH1 和 CH2）放置低通滤波器来平滑台阶。这与对 DAC （模数转换器）输出的镜像进行滤波是类似的原理。SDG1000X 系列

和 SDG2000X 系列都具有工作在 600 kHz 的调制采样时钟，因此添加的低 通滤波器通带截止频率在 600kHz/2=300kHz （Nyquist Limit = 采样率 的一半）即可。 设计滤波器，使通带低于个镜像的频率。

结论 使用任意波形发生器模拟旋转变压器系统提供了一种简单的方法来 验证和解决旋转变压器的电路和软件的操作。鼎阳科技 SDG1000X 系列 以及 SDG2000X 系列函数/任意波形发生器应用提供了灵活而快速的测 试解决方案。