專利名稱：一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水下直流無刷推進(jìn)器領(lǐng)域，具體為一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置。
背景技術(shù)：
直流無刷推進(jìn)器是自主水下航行器(AUV)和無人水面船(USV)最常用的推進(jìn)裝置，通過調(diào)節(jié)直流無刷推進(jìn)器的螺旋槳轉(zhuǎn)速來控制AUV和USV的航向和航行速度。因此，AUV和USV的控制系統(tǒng)需要測量螺旋槳的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行反饋控制。目前，通常采用的基于數(shù)字脈沖信號的轉(zhuǎn)速測量方法有以下兩種(I)頻率計數(shù)法。該方法首先將數(shù)字脈沖信號進(jìn)行光電隔離，轉(zhuǎn)化為TTL電平的數(shù)·字脈沖信號，然后用計算機(jī)的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。計算機(jī)根據(jù)單位時間內(nèi)所記錄的脈沖個數(shù)，從而可以計算出轉(zhuǎn)速。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計算機(jī)與被測對象之間實(shí)現(xiàn)了完全的電氣隔離，確保了被測對象與轉(zhuǎn)速測量裝置的工作可靠性。但是，當(dāng)數(shù)字脈沖信號存在較大的電磁干擾時，其干擾信號也作為脈沖個數(shù)被記錄下來，從而造成較大的測速誤差。(2)頻率/電壓轉(zhuǎn)換法。該方法首先將數(shù)字脈沖信號通過頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為與脈沖信號頻率成正比的電壓信號，然后用計算機(jī)的A/D進(jìn)行采樣。根據(jù)采樣得到的電壓可以計算出脈沖信號的頻率，再根據(jù)脈沖信號的頻率就可以計算出轉(zhuǎn)速。該方法的優(yōu)點(diǎn)是測速抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速測量裝置與被測對象之間沒有實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離，造成轉(zhuǎn)速測量裝置與被測對象之間相互干擾，造成系統(tǒng)的可靠性較差。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置。技術(shù)方案本實(shí)用新型的技術(shù)方案為所述一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置，其特征在于包括模擬信號隔離單元、數(shù)字信號光電隔離單元、F/V轉(zhuǎn)換單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)采集與計算單元；模擬信號隔離單元采用電壓跟隨器對直流無刷推進(jìn)器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行模擬信號隔離；數(shù)字信號光電隔離單元對模擬信號隔離后的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行光電隔離，轉(zhuǎn)化為O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號；F/V轉(zhuǎn)換單元對O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行F/V變換，并輸出模擬電壓信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；計算機(jī)采集與計算單元將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電壓值，并對電壓值進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號的頻率，由轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號的頻率通過頻率/轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換得到水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速。有益效果[0012]本實(shí)用新型提出的裝置對水下直流無刷推進(jìn)器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號具有較強(qiáng)的抗干擾能力，測速誤差小，而且轉(zhuǎn)速測量裝置與直流無刷推進(jìn)器之間實(shí)現(xiàn)了模擬信號和數(shù)字信號的光電隔離，確保了直流無刷推進(jìn)器和轉(zhuǎn)速測量裝置的工作可靠性。

附圖I是直流無刷推進(jìn)器輸出的原始轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號；附圖2是本實(shí)用新型直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；附圖3是本實(shí)施例模擬信號隔離單元電路原理圖；附圖4是本實(shí)施例數(shù)字信號光電隔離單元電路原理圖；附圖5是本實(shí)施例經(jīng)過模擬信號隔離和數(shù)字信號光電隔離后的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號;附圖6是本實(shí)施例F/V轉(zhuǎn)換單元電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本實(shí)用新型本實(shí)施例中采用的水下直流無刷推進(jìn)器為美國TECNADYNE公司開發(fā)生產(chǎn)的直流無刷推進(jìn)器，該推進(jìn)器集成了直流無刷電機(jī)、直流無刷電機(jī)控制器及螺旋槳于一體，具有體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，最大耐壓深度可達(dá)1500m。直流無刷電機(jī)控制器采用+12VDC供電，用于轉(zhuǎn)速控制的指令為-5VDC +5VDC，輸出的是O 12VDC的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號，用于螺旋槳轉(zhuǎn)速測量。但是，由于直流無刷電機(jī)與直流無刷電機(jī)控制器被密封在一個很小的空間內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號受到直流無刷電機(jī)的電磁干擾，存在較大的干擾。圖I給出了 M0DEL521型直流無刷推進(jìn)器輸出的原始轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號，從圖中可以看出原始信號存在較大的干擾，如果采用頻率計數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量，就會存在較大的測速誤差。因此本實(shí)施例中采用不同的測量裝置，本實(shí)施例中采用的測量裝置如圖2所示，包括模擬信號隔離單元、數(shù)字信號光電隔離單元、F/V轉(zhuǎn)換單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)采集與計算單元。模擬信號隔離單元采用電壓跟隨器對直流無刷推進(jìn)器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行模擬信號隔離，其輸入阻抗高、輸出阻抗低，這樣轉(zhuǎn)速測量裝置就不會對直流無刷推進(jìn)器的正常工作產(chǎn)生影響，而且該單元的輸出電壓不受轉(zhuǎn)速測量裝置后級電路的影響，起到很好的隔離作用。圖3是本實(shí)施例模擬信號隔離單元電路原理圖。模擬信號隔離單元采用一個電壓跟隨器，隔離運(yùn)算放大器采用AD712。該芯片采用雙電源供電，其中正電源管腳(即引腳8)采用+Vra供電，Vra為15VDC，負(fù)電源管腳(即引腳4)采用-Vra供電。為了提高該芯片的抗干擾性能，在電源管腳與地之間都串接了一個O. I μ F的電容C2和C4。該芯片的同相輸入端(即引腳3 )輸入直流無刷推進(jìn)器的原始轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號，反相輸入端(即引腳2)與放大器的輸出端(S卩引腳I)相連，放大器的輸出端輸出模擬信號隔離后的轉(zhuǎn)速信號Voutlo此外，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在放大器的輸出端與Vra電源地之間并聯(lián)一個電阻Rl和電容C5。數(shù)字信號光電隔離單元對模擬信號隔離后的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行光電隔離，轉(zhuǎn)化為O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號，使直流無刷推進(jìn)器與計算機(jī)采集與計算單元之間實(shí)現(xiàn)了完全的電氣隔離，保證了系統(tǒng)的工作可靠性。圖4是本實(shí)施例數(shù)字信號光電隔離單元電路原理圖。光電隔離器件采用6N137。經(jīng)過模擬信號隔離后的轉(zhuǎn)速信號Vratl經(jīng)由電阻R2，弓丨入光電隔離器件6N137輸入端的陽極(即引腳2)，輸入端的陰極(即引腳3)接芯片AD712的電源地；光電隔離器件6N137的電源管腳(即引腳8)和使能管腳(即引腳7)采用+Vra供電，Vcc2為5VDC，在電源管腳與Vrc2電源地之間串聯(lián)了一個O. IyF的去耦電容C6 ;光電隔離器件6N137輸出端的發(fā)射極(即引腳5)接\C2的電源地，集電極(即引腳6)通過一個上拉電阻R4與+Va2電源相連,并輸出光電隔離后的轉(zhuǎn)速信號Vrat2t5圖5是本實(shí)施例經(jīng)過模擬信號隔離和數(shù)字信號光電隔離后的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號。從圖中可以看出，經(jīng)過模擬信號隔離和數(shù)字信號光電隔離后，原始轉(zhuǎn)速信號中脈沖干擾得到了很好的抑制。F/V轉(zhuǎn)換單元對O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行F/V變換，并輸出模擬電壓信號V0ut3o圖6是本實(shí)施例F/V轉(zhuǎn)換單元電路原理圖。F/V轉(zhuǎn)換芯片采用高精度的電壓/頻率轉(zhuǎn)換模塊AD650，它可以實(shí)現(xiàn)高線性度的頻率/電壓轉(zhuǎn)換。該芯片采用雙電源供電，其中正電源管腳(即引腳12)采用+Vra供電，Vcra為15VDC，負(fù)電源管腳(即引腳5)采用-Vot供電，模擬地管腳(即引腳11)接^3電源地，且將模擬地管腳與數(shù)字地管腳(即引腳10)進(jìn)行短接。為了提高該芯片的抗干擾性能，在電源管腳與電源地之間都串接了一個O. IyF的電容C7和CS ;單穩(wěn)定時電容管腳(即引腳6)通過定時電容Cl接Vra電源地；運(yùn)放失調(diào)調(diào)整管腳(即引腳13和引腳14)通過一個可調(diào)電阻R5來調(diào)節(jié)電壓，其可調(diào)電壓由+Vra通過電阻R6來提供；輸入的轉(zhuǎn)速脈沖信號Vrat2經(jīng)耦合電容C3首先送到比較器管腳(即引腳9)，再通過電阻R5送到數(shù)字地管腳(S卩引腳10);運(yùn)放輸出管腳(即引腳I)輸出F/V變換后的電壓Vout3,并分別通過可調(diào)輸入電阻R3和積分電容C9反饋至運(yùn)放的反相輸入管腳(即引腳3)，運(yùn)放的同相輸入管腳(即引腳2 )接Vra的電源地。經(jīng)過F/V轉(zhuǎn)換，運(yùn)放輸出管腳輸出的電壓Iut3滿足
權(quán)利要求1.一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置，其特征在于包括模擬信號隔離單元、數(shù)字信號光電隔離單元、F/ν轉(zhuǎn)換單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)采集與計算單元；模擬信號 隔離單元采用電壓跟隨器對直流無刷推進(jìn)器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行模擬信號隔離；數(shù)字信號光電隔離單元對模擬信號隔離后的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行光電隔離，轉(zhuǎn)化為O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號；F/V轉(zhuǎn)換單元對O 5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行F/V變換，并輸出模擬電壓信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；計算機(jī)采集與計算單元將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電壓值，并對電壓值進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號的頻率，由轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號的頻率通過頻率/轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換得到水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種水下直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速的測量裝置，包括模擬信號隔離單元、數(shù)字信號光電隔離單元、F/V轉(zhuǎn)換單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)采集與計算單元；對直流無刷推進(jìn)器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號進(jìn)行模擬信號隔離、光電隔離后轉(zhuǎn)化為0～5V的轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號，進(jìn)一步進(jìn)行F/V變換，輸出模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電壓值后，對電壓值進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)速數(shù)字脈沖信號的頻率，通過頻率/轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換得到直流無刷推進(jìn)器螺旋槳轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的抗干擾能力，測速誤差小，轉(zhuǎn)速測量裝置與直流無刷推進(jìn)器之間實(shí)現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號光電隔離，確保了直流無刷推進(jìn)器和測量裝置工作可靠性。
文檔編號G01P3/44GK202693604SQ201220296258
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者嚴(yán)衛(wèi)生, 高劍, 張福斌, 崔榮鑫, 陳偉, 王銀濤, 張立川, 彭星光 申請人:西北工業(yè)大學(xué)