如何使用任意波形發 生器進行旋轉變壓器 模擬？

如何使用任意波形發生器進行旋轉變壓器模擬？ 所謂旋轉變壓器，即是一種電磁傳感器，通常被用于測量“旋轉物體“的轉 軸角位移和角速度。這些“旋轉物體”通常應用于汽車電子（凸輪/曲軸位置）， 航空（襟翼位置）以及舵機等工業領域。 當對使用旋轉變壓器的系統進行設計、測試及故障排查時，很有必要建立一 個可以模擬實際旋轉變壓器輸出的系統，尤其是當需要測量一個旋轉變壓器電路 的操作限值以及隨之產生的信號時。所建立的仿真系統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 故障點，從而控制和測試待測系統的限值。

接下來我們將介紹一下一個簡單的模擬旋轉變壓器系統的方法。 旋轉變壓器基礎知識 大部分旋轉變壓器的設計結構如下：作為轉子的初級線圈，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。大多數旋轉變壓器中，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；又因為他們彼此之間角度差為 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，每個軸角都有對應的電壓值。通過測量次級線 圈的瞬時電壓，可以確定轉子的角度。  在本文所提的仿真實驗中，我們將使用任意波形發生器為初級線圈提 供激勵電壓。該任意波形發生器將用于同時調制另一臺雙通道信號發生器 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制信號的調制源。所選的 儀器的帶寬應該能夠與您正在模擬的旋轉變壓器的初級線圈的小和 大頻率規格相匹配。許多旋轉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。該儀器應具有單個外部調制輸 入，獨立相位控制和雙邊帶 AM （DSB-AM ）調制的功能，以上功能將應 用于模擬旋轉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 擬系統輸出信號進行驗證。選擇具有適當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 更容易進行實驗驗證。 儀器設置 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 用于調制次級線圈發生器的輸出信號，其電壓設置應該從 10Vpp 開始，然后 逐漸調整。 3. 設置 SDG2042 X 的 CH1 輸出頻率為 1Hz，電壓為 10Vpp 的正弦波。（或者

設置為旋轉變壓器電路的大電壓） 4. 把 SDG2042X 的輸出波形設為經過 DSB-AM 調制的。 5. 設置 SDG2042X 的 CH2 輸出與 CH1 相同的正弦調制信號，僅將相位偏移設 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 際情況。 SDG2042X 的信號輸出頻率模擬的是次級線圈輸出頻率，其反映了實際的 旋轉變壓器初級線圈的旋轉頻率大小。需確保將 CH1 和 CH2 都設置為相同的頻 率。 注：SDG2000X 系列函數/任意波形發生器具有通道復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用于另一個通道。 這可 以讓你同時改變兩個通道的頻率。 如果要將設置從一個通道復制到另一個通道，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. 驗證模擬系統的性能。調節 SDG1062X 的頻率（轉子的變化率），進行驗證， 直到測試到該模擬器系統的極限。 下圖顯示了在調節 SDG1062X 的頻率和 SDG2042X 的頻率時的示波器所 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生器過載。 大約 10Vpp 左右的電壓就足以實現調制。下圖即顯示了當輸出過高電壓時 的調制輸出。

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

如果這種情況對模擬結果有影響，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 （模數轉換器）輸出的鏡像進行濾波是類似的原理。SDG1000X 系列

和 SDG2000X 系列都具有工作在 600 kHz 的調制采樣時鐘，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。 設計濾波器，使通帶低于個鏡像的頻率。

結論 使用任意波形發生器模擬旋轉變壓器系統提供了一種簡單的方法來 驗證和解決旋轉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/任意波形發生器應用提供了靈活而快速的測 試解決方案。