基于lifi和紅外傳輸?shù)男D(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號傳輸裝置領(lǐng)域，具體是一種基于LIFI和紅外傳輸?shù)男D(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)和生活中，旋轉(zhuǎn)機械的應用十分廣泛。在旋轉(zhuǎn)機械的研究、設(shè)計和應用中，需要及時獲取轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中各個部位的信息，以便準確地知道轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)和運動情況；同時，為了對旋轉(zhuǎn)部分進行控制，需要將上位機的數(shù)據(jù)和命令傳遞給旋轉(zhuǎn)部件上的激勵元件。因此，在上位機與旋轉(zhuǎn)機械之間需要雙向、高速、穩(wěn)定的信息傳輸通道。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)件信號傳輸系統(tǒng)是依靠集流環(huán)形成的接觸式傳輸方式，這種以電刷的機械接觸形成閉合回路的系統(tǒng)存在著諸多不足，如轉(zhuǎn)子和定子之間的摩擦將不可避免地產(chǎn)生發(fā)熱和噪聲，隨著熱量的聚集以及噪聲的增強，會給測量電路帶來較大干擾并導致測量信號出現(xiàn)漂移，最終致使所測參數(shù)出現(xiàn)偏差，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，振動和沖擊會使電刷與滑環(huán)間的接觸可靠性降低，也會引入測量誤差。其他的測量方法還有利用無線電形成的遙測系統(tǒng)，無線電數(shù)據(jù)傳輸方式易受到干擾，保密性差，且因其載波頻率較低，傳輸速度受到很大限制。另一種常用的非接觸測量方式是電磁耦合傳輸，這種方式具有較好的性能，傳輸信號可靠、抗干擾性強、誤差小，但它最大的缺點是調(diào)制信號的載波頻率受到磁芯截止頻率的限制，因此限制了傳輸速率的提高，難以適應高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。而新興的光電耦合技術(shù)，利用光波為介質(zhì)進行信號傳輸，在速度提升上具有巨大潛力。目前多采用紅外光來進行光電轉(zhuǎn)換，設(shè)計的系統(tǒng)具有體積小，保密性好等優(yōu)點，但速度最大卻只能達到16Mbps，并沒有實現(xiàn)高速傳輸。LIFI是一種全新的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過LED光源的快速開關(guān)或者強弱切換，實現(xiàn)對信息的二進制編碼和發(fā)送，為旋轉(zhuǎn)機械測控信號的高速傳輸提供了一種新的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種穩(wěn)定、雙向、高速的旋轉(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置。
[0004]本發(fā)明包括旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸一端連接有旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置，另一端連接有旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板和基座側(cè)光電信號傳輸板;所述的旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置上安裝有傳感器和激勵元件；所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板上設(shè)有信號采集模塊、驅(qū)動控制模塊、光驅(qū)動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側(cè)光電信號傳輸板上設(shè)有第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、光電倍增管和紅外發(fā)射器，其中光驅(qū)動電路、LED和光電倍增管構(gòu)成第一光電耦合模塊，紅外發(fā)射器和紅外接收器構(gòu)成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經(jīng)過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊傳輸?shù)缴衔粰C，該通道稱為上行通道，傳輸控制信號依次經(jīng)過上位機、第二數(shù)據(jù)處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸?shù)津?qū)動控制模塊，該通道稱為下行通道。
[0005]在上行通道中，信號采集模塊把從傳感器采集的原始信號處理后輸入到第一光電耦合模塊，第一光電耦合模塊的輸出是第一數(shù)據(jù)處理模塊的輸入，信號由USB總線傳給上位機，即完成了從旋轉(zhuǎn)側(cè)傳輸?shù)交膫鬏?，從而對旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)側(cè)的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。在下行通道中，控制信號由USB總線進入第二數(shù)據(jù)處理模塊，經(jīng)第二數(shù)據(jù)處理模塊輸入到第二光電耦合模塊，第二光電耦合模塊的輸出是控制驅(qū)動模塊的輸入，可以激勵旋轉(zhuǎn)機械上的控制元件。所述信號采集模塊包括信號采樣電路和編碼器;信號采樣電路采集壓電傳感器的原始信號，信號經(jīng)編碼器進行編碼，之后，信號被輸入到第一光電耦合模塊。上行通道的第一光電耦合模塊包括位于旋轉(zhuǎn)側(cè)的光驅(qū)動電路、LED以及位于基座的光電倍增管;光驅(qū)動電路將電信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過LED的開關(guān)傳輸?shù)交鶄?cè)的光電倍增管。上行通道的第一數(shù)據(jù)處理模塊包括帶通濾波器、解碼器;光電倍增管接收到的光信號經(jīng)過帶通濾波器后去除雜波，得到所需波長范圍內(nèi)的光并還原成電信號，經(jīng)解碼器解調(diào)后由USB輸送給上位機進行處理。在實現(xiàn)控制信號的傳輸過程中，下行通道的第二數(shù)據(jù)處理模塊包含編碼器，控制信號經(jīng)其調(diào)制后，由下行通道的第二光電耦合模塊傳輸。下行通道的第二光電耦合模塊包含紅外發(fā)射器和紅外接收器，紅外接收器的輸出為控制驅(qū)動模塊的輸入。所述的控制驅(qū)動模塊包括解碼器、功率放大器和驅(qū)動電路;紅外接收器接收到的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，被解碼、功率放大后控制旋轉(zhuǎn)機械上的激勵元件。
[0006]進一步改進，為減少背景光的干擾，所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板和基座側(cè)光電信號傳輸板位于遮光匣內(nèi)。
[0007]進一步改進，因USB接口具有傳輸速率高、體積小、價格便宜、擴展方便等優(yōu)點，所述的數(shù)據(jù)處理模塊與上位機之間通過USB總線連接。
[0008]本發(fā)明有益效果在于:
1、將LIFI技術(shù)應用于旋轉(zhuǎn)機械的非接觸信號傳輸，能大大提高信息傳輸速率，滿足實時測控的需求。
[0009]2、上行通道和下行通道選用不同的LED光源，能有效解決信道間的干擾問題，同時大大優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本。
[0010]3、當系統(tǒng)需要測量多種參數(shù)時，在結(jié)構(gòu)中加入多路復用技術(shù)，就能滿足多種信號同時測量的需求。在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的光電耦合傳輸裝置整體結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是上行通道光電耦合傳輸系統(tǒng)原理圖。
[0013]圖3是下行通道光電耦合傳輸系統(tǒng)原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]本發(fā)明的光電耦合傳輸裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括旋轉(zhuǎn)軸2，旋轉(zhuǎn)軸2—端連接有旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置I，另一端連接有旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板3和基座側(cè)光電信號傳輸板5;所述的旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置I上安裝有傳感器和激勵元件;所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板3上設(shè)有信號米集模塊、驅(qū)動控制模塊、光驅(qū)動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側(cè)光電信號傳輸板5上設(shè)有第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、光電倍增管和紅外發(fā)射器，其中光驅(qū)動電路、LED和光電倍增管構(gòu)成第一光電耦合模塊，紅外發(fā)射器和紅外接收器構(gòu)成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經(jīng)過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊傳輸?shù)缴衔粰C，該通道稱為上行通道，傳輸控制信號依次經(jīng)過上位機、第二數(shù)據(jù)處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸?shù)津?qū)動控制模塊，該通道稱為下行通道。
[0016]為減少背景光的干擾，所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板3和基座側(cè)光電信號傳輸板5位于遮光匣4內(nèi)。
[0017]因USB接口具有傳輸速率高、體積小、價格便宜、擴展方便等優(yōu)點，所述的數(shù)據(jù)處理模塊與上位機之間通過USB總線連接。
[0018]上行通道光電耦合傳輸系統(tǒng)原理圖如圖2所示，在上行通道中，因為測試信號有數(shù)據(jù)量大、連續(xù)、實時性要求高的特點，因此信號傳輸對速度要求較高，本發(fā)明選用LIFI傳輸方式。傳感器將測得的原始信號如電壓、電荷等在信號采集電路中經(jīng)過放大、濾波后以電壓信號輸出；在編碼器中，將基帶信號的變化按一定的規(guī)則調(diào)制成脈沖，并將低頻信號調(diào)制成高頻信號，脈沖信號通過光驅(qū)動電路來控制可見光LED的開關(guān)，這樣，就將采集到的電信號轉(zhuǎn)換為光信號?；粋?cè)的光電倍增管用于第一接收光電耦合模塊中可見光LED發(fā)送的光信號，進入帶通濾波器后可濾去不在調(diào)制范圍內(nèi)的雜波的影響，只留下所需波長范圍的光信號，并將光信號解調(diào)轉(zhuǎn)化為電信號。解碼器將調(diào)制的電信號進行解調(diào)恢復成原始信號，再將此信號送入單片機中進行處理。
[0019]下行通道光電耦合傳輸系統(tǒng)原理圖如圖3所示，在下行通道中，由于單片機的控制信號數(shù)據(jù)量小，為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免信道間的干擾問題，本發(fā)明選用紅外傳輸方式。因為紅外傳輸過程中不會受到背景光的干擾，且控制信號不像測試信號有較多的雜波，因此可以省去濾波的工作。單片機由測試信號計算而發(fā)出的控制信號，在編碼器中調(diào)制成高頻脈沖信號控制紅外LED的開關(guān)，紅外LED發(fā)射的光信號被旋轉(zhuǎn)側(cè)的紅外接收器接收，在解碼器中解碼輸入到功率放大器中，功率放大器將信號放大去驅(qū)動激勵元件，從而控制驅(qū)動器工作。
[0020]本發(fā)明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于LIFI和紅外傳輸?shù)男D(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)軸(2)，旋轉(zhuǎn)軸(2)—端連接有旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置(I)，另一端連接有旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板(3)和基座側(cè)光電信號傳輸板(5);所述的旋轉(zhuǎn)作業(yè)裝置(I)上安裝有傳感器和激勵元件;所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板(3)上設(shè)有信號采集模塊、驅(qū)動控制模塊、光驅(qū)動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側(cè)光電信號傳輸板(5)上設(shè)有第一數(shù)據(jù)處理模塊、第二數(shù)據(jù)處理模塊、光電倍增管和紅外發(fā)射器，其中光驅(qū)動電路、LED和光電倍增管構(gòu)成第一光電耦合模塊，紅外發(fā)射器和紅外接收器構(gòu)成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經(jīng)過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數(shù)據(jù)處理模塊傳輸?shù)缴衔粰C，傳輸控制信號依次經(jīng)過上位機、第二數(shù)據(jù)處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸?shù)津?qū)動控制模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIFI和紅外傳輸?shù)男D(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)側(cè)光電信號傳輸板(3)和基座側(cè)光電信號傳輸板(5)位于遮光匣(4)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LIFI和紅外傳輸?shù)男D(zhuǎn)機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理模塊與上位機之間通過USB總線連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可見光和紅外光的旋轉(zhuǎn)裝置非接觸信號傳輸系統(tǒng)，屬非接觸信號傳輸領(lǐng)域。信號采集單元采集到的電信號從旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)側(cè)傳至旋轉(zhuǎn)裝置的基座側(cè)，當需要對旋轉(zhuǎn)側(cè)機械進行控制時，控制信號從旋轉(zhuǎn)裝置的基座側(cè)傳至旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)側(cè)，這樣就實現(xiàn)了多路信號的雙向傳輸。光電傳輸耦合通道根據(jù)不同的應用需求采用不同的耦合方式，在數(shù)據(jù)傳輸量大的上行通道中，由可見光LED和光電倍增管構(gòu)成，利用頻率較高的可見光來進行光電耦合，而在下行通道中，選用結(jié)構(gòu)簡單的紅外光進行光電耦合，由紅外LED和紅外接收管構(gòu)成。這樣不僅能有效地提高傳輸速率，更能簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，同時也解決了通道間的干擾問題，為旋轉(zhuǎn)機械的信息傳輸提供了一種雙向、高速、可靠的方式。
【IPC分類】G08C23/04
【公開號】CN105679005
【申請?zhí)枴緾N201610030518
【發(fā)明人】陳仁文, 鄒盼盼, 袁興武, 夏樺康, 任龍, 黃斌, 唐杰, 劉川, 徐錦婷, 余小慶, 于杰, 張笑笑, 周秦邦
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月18日