1 移相編碼器原理概述
1．1 原理及說明
    本方案采用以旋轉變壓器作為軸角傳感器的機械轉角轉換其與之成正比的相位移。首先用激磁信號作為計數(shù)器計數(shù)的開門信號，通過移相網(wǎng)絡與機械轉角成正比關系的移相信號作為計數(shù)器的關門信號。開門信號使計數(shù)器開始計數(shù)，而關門信號使計數(shù)器停止計數(shù)。此時保存在計數(shù)器里的數(shù)碼大小，便為機械轉角成對應關系的數(shù)碼。
1．2 框圖

1．3 所能達到的技術指標
    采用粗精雙通道組合，粗：精=20：1。粗、精計數(shù)器均采用10位，粗滿量程為6000密位，精滿量程為300密位。210=1024故在360°里對應的數(shù)碼為1024。顯然計數(shù)器中相差一個數(shù)碼對應的粗密位數(shù)密位。對應的精密位數(shù)。
    各個角度里的轉換結果誤差為1～2個脈沖，即相差0．3～0．6密位。
1．4 移相網(wǎng)絡原理
    旋轉變壓器輸出的互成90°的二相電壓：us=Asinωtsinθ,uc=Asinωtcosθ加到阻容網(wǎng)絡上，在滿足一定的條件下，就可得到與轉角θ成線性關系的輸出相位。這可以從下面的公式推導中得到證明。如圖2所示。

    可見，在ωRC＝1的條件下，移相網(wǎng)絡輸出電壓的幅值是一個常數(shù)，與轉角θ無關，而輸出電壓的相位與轉角θ成線性關系。但是輸出電壓相位相對于激磁電壓相位的相位差為，也就是說要使移相網(wǎng)絡輸出電壓相位相對于激磁電壓相位的相位差為零，就須使加到阻容網(wǎng)絡上旋轉變壓器輸出電壓的相位為。對此在調(diào)整移相編碼器系統(tǒng)零位時，就必須將旋轉變壓器定子繞組旋轉實現(xiàn)其移相網(wǎng)絡輸出電壓相位與激磁電壓相位的一致，即使二者的相位差為零。

2 移相編碼器的誤差分析
    除原理誤差外，移相編碼器的誤差由好多因素構成，其中主要由受信儀跟蹤誤差，400周傳信儀的誤差，移相網(wǎng)絡的誤差及比較電路的誤差等因素構成。下面就分別加以研究：
2．1 移相網(wǎng)絡本身參數(shù)的影響
    移相網(wǎng)絡參數(shù)是指電阻R、電容C、輸入信號的頻率ω。雖然在設計中電阻R、電容C均采用了精密元件，但其移相網(wǎng)絡輸出電壓初始相位公式有：

    可見，移相網(wǎng)絡輸出電壓的相位誤差，不但與本身參數(shù)的變化有關，還與轉角的大小有關。在同樣參數(shù)的影響下：
    顯然：當有最小的誤差。
    即：移相網(wǎng)絡中電阻R、電容C上無電流，所以此時R、C的變化不會影響移相網(wǎng)絡輸出電壓的相位。
    當有最大誤差。
    即：移相網(wǎng)絡中電阻R、電容C上有最大電流，所以此時R、C的變化就會對移相網(wǎng)絡輸出電壓的相位有最大影響。
    n=0、1、2……
2．2 比較器的影響
    任何型號的比較器均存在一定的失調(diào)電壓，從其理論而言，這種失調(diào)電壓會造成微小的相位變動。但在本設計中開門比較器和關門比較器均采用同一型號的比較器。這樣可以通過轉動旋轉變壓器的定子繞組消除這種微小的相位變動。因此這種因素造成的影響就忽略不計了。

2．3 激磁電壓的影響
    激磁電壓的各種性能指標的好壞會直接影響移相編碼器的精度。尤其是激磁電壓零點處若有毛刺尖峰(如圖3所示)，會出現(xiàn)3000密位冒點現(xiàn)象。

    移相編碼器的開門計數(shù)，關門停止計數(shù)信號均為上升沿觸發(fā)。顯然在激磁電壓零點處若有毛刺(如圖3所示)，就會導致在400周內(nèi)二次開門或者二次關門，造成3000密位冒點現(xiàn)象。就此問題，在設計中將比較器的門坎電平由原來的56 mV提高到360 mV(如圖4所示)，抑制了±360 mV以下的零點毛刺干擾。從而基本上解決了3000密位冒點現(xiàn)象。

3 移相編碼器調(diào)試方法
    粗精分劃盤零位對齊。首先調(diào)整旋轉變壓器本身電氣零位，即sin繞組輸出為零，cos繞組輸出最大。然后將旋轉變壓器定子繞組轉動。使移相編碼器計數(shù)器中的數(shù)碼為0密位，這樣移相編碼器的系統(tǒng)零位就調(diào)整好了。根據(jù)：當有最大誤差，即此處R，C的變化對移相網(wǎng)絡輸出電壓的相位有最大影響。顯然調(diào)整移相網(wǎng)絡參數(shù)，使ωRC=1就須在處調(diào)整，只有在此處調(diào)整才能保證360°內(nèi)的精度，而且不會影響調(diào)整好的系統(tǒng)零位。故對移相編碼器調(diào)整時須在移相編碼器的系統(tǒng)零位調(diào)整好后，再將旋轉變壓器轉子繞組轉動，這時再對移相網(wǎng)絡中的電位器進行調(diào)整，使移相編碼器計數(shù)器中的數(shù)碼為1500密位。這樣整個移相編碼器就調(diào)整好了。

4 移相編碼器可靠性分析
    所用的器件
    集成片：37片10-8；二極管：15個10-7；電位器：18個10-6；電阻：105個10-8；電容；107個10-7；接插件：2個10-5；焊點：500個10-7
   
    其中：λb基本失效率；ηE環(huán)境因素；ηA應用因素；ηQ質(zhì)量因素。
    選用的為軍用器件，故選取：ηε為2，ηA為1，ηQ為1．5
    將上述參數(shù)代入①得：
   
    其中：ηi某元器件數(shù)；λi某元器件的失效率。
    將所有元器件的數(shù)量級及失效率代入②得：

    平均無故障間隔時間
    保證可靠性的要求：
    (1)選用軍用元器件，并對個別質(zhì)量較低的元器件要嚴格篩選老化處理。
    (2)接插件要按軍用要求加固。
    (3)制作印制板，印制板加工，焊接裝配整個工藝過程都要按軍用要求處理。
    (4)嚴格做五項試驗。

5 結論
    本文為一篇純工程原理設計的參考文章，理論推導正確，誤差分析到位，可提供工程技術人員和學校教學使用，具有較強的實際應用價值。