本發(fā)明涉及無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電滑動(dòng)環(huán)依靠電刷與環(huán)壁接觸，從轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬環(huán)向靜止環(huán)傳輸電力電流和數(shù)據(jù)信號(hào)。電滑動(dòng)環(huán)的技術(shù)出現(xiàn)的較早，相對比較成熟，應(yīng)用廣泛。然而隨著對信號(hào)帶寬要求越來越高，如視頻信號(hào)、多媒體信號(hào)等等，電滑動(dòng)環(huán)明顯表現(xiàn)出潛在的局限性。帶寬低是電滑動(dòng)環(huán)一個(gè)較大的弱點(diǎn)，此外電互連本身存在的時(shí)鐘扭歪、能耗大和抗干擾性差等缺點(diǎn)使得電滑動(dòng)環(huán)只適合一些速率較低的信號(hào)傳輸。對于一些高頻和高速信號(hào)，信號(hào)的誤碼率會(huì)顯著增加。由于電滑動(dòng)環(huán)是依靠電刷傳輸信號(hào)，電刷的質(zhì)量將嚴(yán)重影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量。電刷與環(huán)壁之間的摩擦是不可避免的，這也限制了其在高速離心旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的應(yīng)用。目前,國內(nèi)外紛紛開始針對高速運(yùn)動(dòng)物體和各類旋轉(zhuǎn)部件的近距遙測系統(tǒng)進(jìn)行基于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的參數(shù)遙測研究和應(yīng)用。如在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究方面,國外大型航空公司GeneralElectric，Rolls-Royee，Pratt-whiiney等,在其強(qiáng)大的財(cái)力支持下,采用目前先進(jìn)的參數(shù)遙測系統(tǒng),對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件特性進(jìn)行了全面而細(xì)致的試驗(yàn)研究,從而使其在先進(jìn)性能發(fā)動(dòng)機(jī)的研制能力上保持世界領(lǐng)先。國內(nèi)在這些旋轉(zhuǎn)部件設(shè)計(jì)過程中主要依靠理論計(jì)算，即使開展實(shí)驗(yàn)研究,一般只能在低轉(zhuǎn)速下,采用電刷式集流器等傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的模擬信號(hào)傳輸,測試結(jié)果誤差較大,并且只具有較少的測量通道,不能滿足較多點(diǎn)參數(shù)的并行采集,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不充分,從而使航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制水平受到較大的影響。因此,有必要瞄準(zhǔn)國外的先進(jìn)技術(shù),開展面向旋轉(zhuǎn)部件的參數(shù)遙測技術(shù)研究,為汽車輪胎等旋轉(zhuǎn)部件參數(shù)測量提供高效的測試設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)，包括AD采集模塊、控制模塊、激光接收模塊和顯示模塊，所述AD采集模塊用來感應(yīng)電能處理模塊，及數(shù)據(jù)串行化處理模塊集成在一起處理，電路集成程度高，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力小，所述控制模塊包括并串轉(zhuǎn)換模塊、激光控制模塊、采樣控制模塊和電源管理模塊，所述并串轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)串行輸出到光電轉(zhuǎn)換模塊，所述采樣模塊按照同步信號(hào)要求對32通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率50 KHZ，通過4組多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成采樣，并控制時(shí)序放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存,按照非同步信號(hào)要求對128通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，使用8路16選1的多路模擬開關(guān)切換對每通道采樣頻率為50 KHZ的數(shù)據(jù)采集，并放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存，從而完成160通道50 KHZ采樣頻率的控制，所述激光接收模塊包括串并轉(zhuǎn)換模塊、串行接收模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和以太網(wǎng)封裝模塊，所述AD采集模塊和控制模塊電連接，所述控制模塊和激光接收模塊電連接，所述激光接收模塊和顯示模塊電連接。

優(yōu)選地，所述電源管理模塊包括穩(wěn)壓器和繼電器，穩(wěn)壓器用來穩(wěn)定電路的，當(dāng)電路出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況時(shí)，繼電器可以及時(shí)對電路進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)采用非接觸式感應(yīng)模塊供電，通過感應(yīng)的方式進(jìn)行供電可以避免接觸的時(shí)候電路出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況或者威脅人體安全。

優(yōu)選地，所述以太網(wǎng)封裝模塊采用的網(wǎng)絡(luò)模式為3G網(wǎng)絡(luò)或者4G網(wǎng)絡(luò)，通過3G或者4G網(wǎng)絡(luò)可以有效的將數(shù)據(jù)傳輸出去。

優(yōu)選地，所述AD采集模塊的硬件電路部分分為模擬及數(shù)字處理兩部分。模擬部分包括多路模擬通道選擇，模擬量信號(hào)調(diào)理電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由精密儀表放大器，AD轉(zhuǎn)換芯片AD8568等硬件電路組成。

優(yōu)選地，所述激光接收模塊的接收端模塊主要包括:光電探測器、max3747 前置放大器，高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)PGA，USB驅(qū)動(dòng)模塊等。

本發(fā)明是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備上的，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集并通過光電傳輸至地面靜止設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示記錄的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)160路模擬量采集，其中32路同步采集，128路非同步采集，采樣頻率大于50 KHZ,采樣精度>1%，而且為了克服采集系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的離心力，數(shù)據(jù)采集傳輸模塊集成度高，體積小，質(zhì)量輕，便于進(jìn)行安裝，且整體通過非接觸式感應(yīng)模塊供電，然后利用FPGA實(shí)現(xiàn)所有通道數(shù)據(jù)串行化編碼后，再通過光電傳輸模塊發(fā)送，之后安裝在地面上的接收模塊接收上述信號(hào)，并實(shí)時(shí)處理送入計(jì)算機(jī)，最后通過軟件顯示并存儲(chǔ)，最后將多通道AD采集處理模塊，感應(yīng)電能處理模塊，及數(shù)據(jù)串行化處理模塊集成在一起處理，電路集成程度高，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力小。在裝置中使用了無線激光傳輸技術(shù)，這是一種非接觸式通訊模式，較其他通信方式（如紅外、無線電射頻技術(shù)）具有更高的可靠性、更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，更強(qiáng)的抗電磁干擾能力，該發(fā)明將信號(hào)或能量從一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)通過非接觸方式不間斷傳輸?shù)搅硪混o止平臺(tái)，在功能實(shí)現(xiàn)上相當(dāng)于非接觸式的光電滑環(huán)。這種非接觸光電數(shù)據(jù)傳輸裝置具有長壽命、適應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍寬、體積小、質(zhì)量輕、速率快、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),非常適合應(yīng)用于高速離心旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)傳輸。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)的連接框圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)的FPGA內(nèi)采集控制時(shí)序圖；

圖3為本發(fā)明提出的一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)的FPGA內(nèi)接收處理時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參照圖1-3，一種非接觸式光電滑環(huán)裝置控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用非接觸式感應(yīng)模塊供電，通過感應(yīng)的方式進(jìn)行供電可以避免接觸的時(shí)候電路出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況或者威脅人體安全，所述控制系統(tǒng)包括AD采集模塊、控制模塊、激光接收模塊和顯示模塊，所述AD采集模塊用來感應(yīng)電能處理模塊，及數(shù)據(jù)串行化處理模塊集成在一起處理，電路集成程度高，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力小，AD采集模塊的硬件電路部分分為模擬及數(shù)字處理兩部分，模擬部分包括多路模擬通道選擇，模擬量信號(hào)調(diào)理電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由精密儀表放大器，AD轉(zhuǎn)換芯片AD8568等硬件電路組成，所述控制模塊用來對系統(tǒng)整體進(jìn)行控制，所述激光接收模塊用來接收或者處理后的采集的數(shù)據(jù)，主要包括:光電探測器、max3747 前置放大器，高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)PGA（邏輯處理電路），USB驅(qū)動(dòng)模塊等，所述顯示模塊用來將激光接收模塊接收的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到顯示屏上，所述控制模塊包括并串轉(zhuǎn)換模塊、激光控制模塊、采樣控制模塊和電源管理模塊，所述并串轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)串行輸出到光電轉(zhuǎn)換模塊，所述激光控制模塊可以產(chǎn)生激光信號(hào)，然后通過放大電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并同時(shí)將串行的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號(hào)，所述采樣模塊按照同步信號(hào)要求對32通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率50 KHZ，通過4組多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成采樣，并控制時(shí)序放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存；按照非同步信號(hào)要求對128通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，使用8路16選1的多路模擬開關(guān)切換對每通道采樣頻率為50 KHZ的數(shù)據(jù)采集，并放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存，從而完成160通道50 KHZ采樣頻率的控制，所述電源管理模塊用來給系統(tǒng)進(jìn)行供電和穩(wěn)定電路，且電源管理模塊包括穩(wěn)壓器和繼電器，穩(wěn)壓器用來穩(wěn)定電路的，當(dāng)電路出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況時(shí)，繼電器可以及時(shí)對電路進(jìn)行控制，所述激光接收模塊包括串并轉(zhuǎn)換模塊、串行接收模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和以太網(wǎng)封裝模塊，所述信號(hào)調(diào)理模塊用來對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以太網(wǎng)封裝模塊采用的網(wǎng)絡(luò)模式為3G網(wǎng)絡(luò)或者4G網(wǎng)絡(luò)，通過3G或者4G網(wǎng)絡(luò)可以有效的將數(shù)據(jù)傳輸出去，所述AD采集模塊和控制模塊電連接，所述控制模塊和激光接收模塊電連接，所述激光接收模塊和顯示模塊電連接。

本發(fā)明中主要包括三個(gè)部分，分別為激光發(fā)射端設(shè)備，激光接收端設(shè)備，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)設(shè)備。

激光發(fā)射端設(shè)備為圓形對稱結(jié)構(gòu)，具體分為數(shù)據(jù)采集部分和激光發(fā)射部分。采集模塊的硬件電路部分分為模擬及數(shù)字處理兩部分。模擬部分包括多路模擬通道選擇，模擬量信號(hào)調(diào)理電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由精密儀表放大器，AD轉(zhuǎn)換芯片AD8568等硬件電路組成；通過FPGA的硬件電路，設(shè)置各通道的控制時(shí)序。按照同步信號(hào)要求對32通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率50 KHZ，通過4組多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成采樣，并控制時(shí)序放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存；按照非同步信號(hào)要求對128通道模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，使用8路16選1的多路模擬開關(guān)切換對每通道采樣頻率為50 KHZ的數(shù)據(jù)采集，并放入FPGA內(nèi)的FIFO進(jìn)行緩存，從而完成160通道50 KHZ采樣頻率的控制，通過AD的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的自動(dòng)緩存，最后利用并/串轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)串行輸出到光電轉(zhuǎn)換模塊。激光發(fā)射器如果選擇采用普通民用同軸光發(fā)射器和接收器，無法滿足機(jī)械安裝要求。由于原來的內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)透鏡焦距是固定的，且是對內(nèi)部激光器和內(nèi)部陶瓷插芯耦合對準(zhǔn)的，直接用于外部空間傳輸，散光太快，達(dá)不到系統(tǒng)要求，因此需要特殊定制激光器以滿足系統(tǒng)在外部空間傳輸?shù)奶匦浴?/p>

激光接收端設(shè)備接收端的功能是將調(diào)制過的激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)將串行的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號(hào)。為了驗(yàn)證傳輸?shù)恼_性，在接收端增加了將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的功能。接收端模塊主要包括:光電探測器、max3747 前置放大器，高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)PGA（邏輯處理電路），USB驅(qū)動(dòng)模塊等。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)設(shè)備主要是軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)USB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與記錄。主要包括將緩存數(shù)據(jù)在屏幕上實(shí)時(shí)顯示；將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在屏幕上回調(diào)顯示；將緩存數(shù)據(jù)按要求存儲(chǔ)在本地硬盤中。首先將激光發(fā)射端模塊安裝到旋轉(zhuǎn)主軸的工裝內(nèi)，并用定位螺釘固定好，使用千分表調(diào)整設(shè)備，使激光器的光軸與轉(zhuǎn)子的主軸重合，使用動(dòng)平衡儀器調(diào)整整個(gè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的質(zhì)量平衡，以便在高速下測試。將激光接收發(fā)射端模塊安裝在激光發(fā)射端模塊對側(cè)的自由度調(diào)整平臺(tái)上，調(diào)整高度使得接收光器件光軸與轉(zhuǎn)子軸重合。為了提高感應(yīng)電能轉(zhuǎn)換的效率，保證發(fā)射模塊與接收模塊的距離約3mm；由于本發(fā)明中的應(yīng)用電路都屬于高速電路，硬件設(shè)計(jì)過程中使用了多層板，阻抗匹配等高速電路設(shè)計(jì)方法，有效保證了信號(hào)完整性和電源完整性。此外，為了適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)的情況，減少附加離心力，轉(zhuǎn)軸上的電路設(shè)計(jì)盡量簡單、緊湊，結(jié)構(gòu)對稱，安裝位置盡量靠近轉(zhuǎn)軸中心。最后，對本裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果顯示在高速旋轉(zhuǎn)下實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。