基于lifi和紅外傳輸的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號傳輸裝置領域，具體是一種基于LIFI和紅外傳輸的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置。
【背景技術】
[0002]現代工業和生活中，旋轉機械的應用十分廣泛。在旋轉機械的研究、設計和應用中，需要及時獲取轉子旋轉過程中各個部位的信息，以便準確地知道轉子的工作狀態和運動情況；同時，為了對旋轉部分進行控制，需要將上位機的數據和命令傳遞給旋轉部件上的激勵元件。因此，在上位機與旋轉機械之間需要雙向、高速、穩定的信息傳輸通道。傳統的旋轉件信號傳輸系統是依靠集流環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存在著諸多不足，如轉子和定子之間的摩擦將不可避免地產生發熱和噪聲，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漂移，最終致使所測參數出現偏差，從而影響系統的穩定性。另外，振動和沖擊會使電刷與滑環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，無線電數據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，難以適應高速數據傳輸的需要。而新興的光電耦合技術，利用光波為介質進行信號傳輸，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換，設計的系統具有體積小，保密性好等優點，但速度最大卻只能達到16Mbps，并沒有實現高速傳輸。LIFI是一種全新的無線數據傳輸技術，通過LED光源的快速開關或者強弱切換，實現對信息的二進制編碼和發送，為旋轉機械測控信號的高速傳輸提供了一種新的可能。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種穩定、雙向、高速的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置。
[0004]本發明包括旋轉軸，旋轉軸一端連接有旋轉作業裝置，另一端連接有旋轉側光電信號傳輸板和基座側光電信號傳輸板;所述的旋轉作業裝置上安裝有傳感器和激勵元件；所述的旋轉側光電信號傳輸板上設有信號采集模塊、驅動控制模塊、光驅動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側光電信號傳輸板上設有第一數據處理模塊、第二數據處理模塊、光電倍增管和紅外發射器，其中光驅動電路、LED和光電倍增管構成第一光電耦合模塊，紅外發射器和紅外接收器構成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數據處理模塊傳輸到上位機，該通道稱為上行通道，傳輸控制信號依次經過上位機、第二數據處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸到驅動控制模塊，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據處理模塊的輸入，信號由USB總線傳給上位機，即完成了從旋轉側傳輸到基座的傳輸，從而對旋轉裝置旋轉側的工作狀態進行監測。在下行通道中，控制信號由USB總線進入第二數據處理模塊，經第二數據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動模塊的輸入，可以激勵旋轉機械上的控制元件。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側的光驅動電路、LED以及位于基座的光電倍增管;光驅動電路將電信號轉化為光信號，通過LED的開關傳輸到基座側的光電倍增管。上行通道的第一數據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過帶通濾波器后去除雜波，得到所需波長范圍內的光并還原成電信號，經解碼器解調后由USB輸送給上位機進行處理。在實現控制信號的傳輸過程中，下行通道的第二數據處理模塊包含編碼器，控制信號經其調制后，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射器和紅外接收器，紅外接收器的輸出為控制驅動模塊的輸入。所述的控制驅動模塊包括解碼器、功率放大器和驅動電路;紅外接收器接收到的光信號轉化成電信號，被解碼、功率放大后控制旋轉機械上的激勵元件。
[0006]進一步改進，為減少背景光的干擾，所述的旋轉側光電信號傳輸板和基座側光電信號傳輸板位于遮光匣內。
[0007]進一步改進，因USB接口具有傳輸速率高、體積小、價格便宜、擴展方便等優點，所述的數據處理模塊與上位機之間通過USB總線連接。
[0008]本發明有益效果在于:
1、將LIFI技術應用于旋轉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，同時大大優化了系統結構，降低了成本。
[0010]3、當系統需要測量多種參數時，在結構中加入多路復用技術，就能滿足多種信號同時測量的需求。在不脫離本發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明的保護范圍。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的光電耦合傳輸裝置整體結構圖。
[0012]圖2是上行通道光電耦合傳輸系統原理圖。
[0013]圖3是下行通道光電耦合傳輸系統原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0015]本發明的光電耦合傳輸裝置整體結構如圖1所示，包括旋轉軸2，旋轉軸2—端連接有旋轉作業裝置I，另一端連接有旋轉側光電信號傳輸板3和基座側光電信號傳輸板5;所述的旋轉作業裝置I上安裝有傳感器和激勵元件;所述的旋轉側光電信號傳輸板3上設有信號米集模塊、驅動控制模塊、光驅動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側光電信號傳輸板5上設有第一數據處理模塊、第二數據處理模塊、光電倍增管和紅外發射器，其中光驅動電路、LED和光電倍增管構成第一光電耦合模塊，紅外發射器和紅外接收器構成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數據處理模塊傳輸到上位機，該通道稱為上行通道，傳輸控制信號依次經過上位機、第二數據處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸到驅動控制模塊，該通道稱為下行通道。
[0016]為減少背景光的干擾，所述的旋轉側光電信號傳輸板3和基座側光電信號傳輸板5位于遮光匣4內。
[0017]因USB接口具有傳輸速率高、體積小、價格便宜、擴展方便等優點，所述的數據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原理圖如圖2所示，在上行通道中，因為測試信號有數據量大、連續、實時性要求高的特點，因此信號傳輸對速度要求較高，本發明選用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則調制成脈沖，并將低頻信號調制成高頻信號，脈沖信號通過光驅動電路來控制可見光LED的開關，這樣，就將采集到的電信號轉換為光信號。基座一側的光電倍增管用于第一接收光電耦合模塊中可見光LED發送的光信號，進入帶通濾波器后可濾去不在調制范圍內的雜波的影響，只留下所需波長范圍的光信號，并將光信號解調轉化為電信號。解碼器將調制的電信號進行解調恢復成原始信號，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據量小，為簡化系統結構，避免信道間的干擾問題，本發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出的控制信號，在編碼器中調制成高頻脈沖信號控制紅外LED的開關，紅外LED發射的光信號被旋轉側的紅外接收器接收，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動激勵元件，從而控制驅動器工作。
[0020]本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于LIFI和紅外傳輸的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:包括旋轉軸(2)，旋轉軸(2)—端連接有旋轉作業裝置(I)，另一端連接有旋轉側光電信號傳輸板(3)和基座側光電信號傳輸板(5);所述的旋轉作業裝置(I)上安裝有傳感器和激勵元件;所述的旋轉側光電信號傳輸板(3)上設有信號采集模塊、驅動控制模塊、光驅動電路、可見光LED和紅外接收器，基座側光電信號傳輸板(5)上設有第一數據處理模塊、第二數據處理模塊、光電倍增管和紅外發射器，其中光驅動電路、LED和光電倍增管構成第一光電耦合模塊，紅外發射器和紅外接收器構成第二光電耦合模塊;傳輸測試信號依次經過信號采集模塊、第一光電耦合模塊、第一數據處理模塊傳輸到上位機，傳輸控制信號依次經過上位機、第二數據處理模塊、第二光電耦合模塊傳輸到驅動控制模塊。2.根據權利要求1所述的基于LIFI和紅外傳輸的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:所述的旋轉側光電信號傳輸板(3)和基座側光電信號傳輸板(5)位于遮光匣(4)內。3.根據權利要求1所述的基于LIFI和紅外傳輸的旋轉機械非接觸信號傳輸裝置，其特征在于:所述的數據處理模塊與上位機之間通過USB總線連接。
【專利摘要】本發明公開了一種基于可見光和紅外光的旋轉裝置非接觸信號傳輸系統，屬非接觸信號傳輸領域。信號采集單元采集到的電信號從旋轉裝置的旋轉側傳至旋轉裝置的基座側，當需要對旋轉側機械進行控制時，控制信號從旋轉裝置的基座側傳至旋轉裝置的旋轉側，這樣就實現了多路信號的雙向傳輸。光電傳輸耦合通道根據不同的應用需求采用不同的耦合方式，在數據傳輸量大的上行通道中，由可見光LED和光電倍增管構成，利用頻率較高的可見光來進行光電耦合，而在下行通道中，選用結構簡單的紅外光進行光電耦合，由紅外LED和紅外接收管構成。這樣不僅能有效地提高傳輸速率，更能簡化結構、降低成本，同時也解決了通道間的干擾問題，為旋轉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
【申請號】CN201610030518
【發明人】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