CN101413962A - 一种高速动量轮转速测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速动量轮转速测试装置及其方法，主要由标准金属电磁屏蔽机箱、AT96总线母板、AT96总线AC/DC电源板、AT96总线CPU板、AT96总线动量轮脉冲采集板组成。通过AT96总线动量轮脉冲采集板采集动量轮转速脉冲，并将脉冲信号存储在寄存器中，然通过AT96总线CPU板，分别读取采集板一个采样周期内全部这24个寄存器的数据，进行运算处理就可以得到稳定的动量轮的转速值。其优点在于：可防电磁干扰；板卡设备通用性强，维护简单；动量轮脉冲采集板采集数据，总线CPU处理数据，得到稳定的动量轮的转速值；可以精确算出动量轮的转速，避免安装工艺误差造成的误差；具有可维护、可替换性，兼容标准通用软件，便于软件开发；通讯速率高、保证取得计算数据的及时性。

Description

一种高速动量轮转速测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及监控测量领域，具体来说是一种高速动量轮转速测量装置。

背景技术

动量轮是卫星GNC分系统中一个重要的部件，在对卫星GNC分系统进行测量时，需要采集动量轮的转速信号和方向信号。动量轮转速信号的特性是数字量脉冲信号，通过脉冲频率的大小反映动量轮转动速度的大小。

动量轮壳体内安装24个霍尔元件，动量轮每转一圈，就发出24个脉冲信号。原有动量轮测量设备，采用连续脉冲计数，即动量轮每转一圈，测量设备会连续纪录24个脉冲信号，通过对连续24个脉冲信号的分析，计算得出动量轮的转动速度。

原有测量设备及测量方法的问题在于，24个霍尔元件在圆周内分布安装，由于工艺误差，经常会造成24个霍尔元件安装不均匀，而且误差随机性很大，从而造成连续计数的24个脉冲不能反映真实动量轮转速。因此，原有测量设备会有测量误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种高速动量轮转速测量装置。

本发明一种高速动量轮转速测量装置，由标准金属电磁屏蔽机箱、AT96总线母板、AT96总线AC/DC电源板、AT96总线CPU板、AT96总线动量轮脉冲采集板组成。

AT96总线母板，内部有两条总线，一条是标准AT96总线，为AT96总线AC/DC电源板、AT96总线CPU板、AT96总线动量轮脉冲采集板提供总线连接；一条是96芯用户自定义总线，可以通过它将外部被测信号连接至母板，母板通过AT96总线将被测信号输送至脉冲采集板，进行测量。

AT96总线AC/DC电源板负责将220V交流电源转换为5V、12V、24V直流电源，为系统运行提供电力。

AT96总线CPU板为系统处理核心，负责任务调度、数据计算、驱动程序运行等任务。

AT96总线动量轮脉冲采集板，负责计算，采集高速动量轮转速脉冲，并将脉冲信号存储在缓存器中。

所述AT96总线动量轮脉冲采集板上设有24个32位的缓存器，存储连续的24个脉冲的周期，采用32位计数器，通过24MHz晶振进行计数，记录动量轮转速脉冲上升沿间的时间。

高速动量轮转速测量方法为：

步骤一：AC/DC电源板接通220V交流电源，电源板将交流电转换为5V、12V、24V直流电源，通过母板为系统中其他板卡运行提供电力；

步骤二：AT96总线动量轮脉冲采集板，通过用户自定义总线连接被测动量轮，采集动量轮转速脉冲。动量轮每旋转一圈，会产生24个脉冲信号，采集板采集24个脉冲采集后，将其分别存储在板上存储器的24个缓存区内。

计数采用32位计数器，N₁为第1个脉冲和第2个脉冲间24MHz时钟的个数，N₂为第2个脉冲和第3个脉冲间24MHz时钟的个数，依此类推，N₂₄为第24个脉冲和第25个脉冲间24MHz时钟的个数。

将N₁写到缓存器D₁内，将N₂写到缓存器D₂内，依此类推，将N₂₄写到缓存器D₂₄内，将N₂₅写到缓存器D₁内。这样动量轮脉冲采集板中这24个缓存器为连续的24个动量轮转速脉冲的数据；

步骤三：AT96总线CPU板通过AT96总线母板，分别读取采集板一个采样周期内全部这24个缓存器的数据，进行运算处理就可以得到稳定的动量轮的转速值。

本发明的优点在于：

(1)采用标准金属电磁屏蔽机箱，可防止外界电磁干扰对内部板卡的影响；

(2)采用AT96总线使板卡设备通用性强，维护简单；

(3)加入了动量轮脉冲采集板采集数据，总线CPU处理动量轮脉冲采集板采集到的数据，得到稳定的动量轮的转速值；

(4)可以精确算出动量轮的转速，避免安装工艺误差造成的转速计算误差；

(5)采用通用AT96总线CPU板，具有极强的可维护、可替换性，兼容标准通用软件，便于软件开发；

(6)动量轮脉冲采集板、AT96总线CPU板以AT96总线相联接，通讯速率高、保证取得计算数据的及时性。

附图说明

图1是本发明的装置结构图；

图2为本发明24个脉冲信号示意图；

图3为本发明24个脉冲间24MHz时钟的个数存入缓存器示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种高速动量轮转速测量装置，由标准金属电磁屏蔽机箱1、AT96总线母板2、AT96总线AC/DC电源板3、AT96总线CPU板4、AT96总线动量轮脉冲采集板5组成。

所述电磁屏蔽机箱1内部，安装标准AT96总线母板2，AT96总线母板2通过AT96总线实现母板2与AT96总线AC/DC电源板3、AT96总线CPU板4、AT96总线动量轮脉冲采集板的连接5。

AT96总线母板2，内部有两条总线，一条是标准AT96总线，为AT96总线AC/DC电源板3、AT96总线CPU板4、AT96总线动量轮脉冲采集板5提供总线连接；一条是96芯用户自定义总线，可以通过它将外部被测信号连接至母板2，母板2通过AT96总线将被测信号输送至脉冲采集板5，进行测量。

AT96总线AC/DC电源板3负责将220V交流电源转换为5V、12V、24V直流电源，为系统运行提供电力。

AT96总线CPU板4为系统处理核心，负责任务调度、数据计算、驱动程序运行等任务。

AT96总线动量轮脉冲采集板5，负责计算，采集高速动量轮转速脉冲，并将脉冲信号存储在缓存器中。

所述AT96总线动量轮脉冲采集板5上设有24个32位的缓存器，存储连续的24个脉冲的周期，采用32位计数器，通过24MHz晶振进行计数，记录动量轮转速脉冲上升沿间的时间。

高速动量轮转速测量方法为：

步骤一：AC/DC电源板3接通220V交流电源，电源板将交流电转换为5V、12V、24V直流电源，通过母板2为系统中其他板卡运行提供电力。

步骤二：AT96总线动量轮脉冲采集板5，通过用户自定义总线连接被测动量轮，采集动量轮转速脉冲。动量轮每旋转一圈，会产生24个脉冲信号，采集板5采集24个脉冲采集后，将其分别存储在板上存储器的24个缓存器内。

计数采用32位计数器，如图2所示，N₁为第1个脉冲和第2个脉冲间24MHz时钟的个数，N₂为第2个脉冲和第3个脉冲间24MHz时钟的个数，依此类推，N₂₄为第24个脉冲和第25个脉冲间24MHz时钟的个数。如图3所示，将N₁写到缓存器D₁内，将N₂写到缓存器D₂内，依此类推，将N₂₄写到缓存器D₂₄内，将N₂₅写到缓存器D₁内，此时进行下一周期的计数。这样动量轮脉冲采集板5中这24个缓存器为连续的24个动量轮转速脉冲的数据。

步骤三：AT96总线CPU板3通过AT96总线母板2，分别读取采集板一个采样周期内全部这24个缓存器的数据，进行运算处理就可以得到稳定的动量轮的转速值。

运算过程为：

先得到频率是24MHz时钟的周期t，单位秒；

$t=\frac{1}{24\×{10}^6}\left(s\right)---\left(1\right)$

动量轮转动1周所用时间T，单位秒，Di为第i个缓存器中的计数值，

为24个缓存器中脉冲计数的总和；

$T=t{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{24}\mathrm{Di}\left(s\right)---\left(2\right)$

动量轮的转速单位为rpm，即每60s转动的圈数。得到动量轮转速v

$v=\frac{60}{T}\mathrm{rpm}---\left(3\right)$

将公式(1)、(2)代入公式(3)得到动量轮转速的计算公式为：

$v=\frac{1.44\×{10}^9}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{24}\mathrm{Di}}rpm---\left(4\right)$

通过这种方法可以精确算出动量轮的转速，避免安装工艺误差造成的转速计算误差。

Claims (4)

1、一种高速动量轮转速测量装置，由由标准金属电磁屏蔽机箱、AT96总线母板、AT96总线AC/DC电源板、AT96总线CPU板组成，其特征在于：还包括一AT96总线动量轮脉冲采集板；

AT96总线母板，内部有两条总线，一条是标准AT96总线，为AT96总线AC/DC电源板、AT96总线CPU板、AT96总线动量轮脉冲采集板提供总线连接；一条是96芯用户自定义总线，可以通过它将外部被测信号连接至母板，母板通过AT96总线将被测信号输送至脉冲采集板，进行测量；

AT96总线AC/DC电源板负责将220V交流电源转换为5V、12V、24V直流电源，为系统运行提供电力；

AT96总线CPU板为系统处理核心，负责任务调度、数据计算、驱动程序运行；

AT96总线动量轮脉冲采集板，负责计算，采集高速动量轮转速脉冲，并将脉冲信号存储在缓存器中。

2、根据权利要求1所述的一种高速动量轮转速测量装置，其特征在于：所述AT96总线动量轮脉冲采集板，上设有24个32位的缓存器，存储连续的24个脉冲的周期，采用32位计数器，通过24MHz晶振进行计数，记录动量轮转速脉冲上升沿间的时间。

3、一种高速动量轮转速测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：AC/DC电源板接通220V交流电源，电源板将交流电转换为5V、12V、24V直流电源，通过母板为系统中其他板卡运行提供电力；

步骤二：AT96总线动量轮脉冲采集板，通过用户自定义总线连接被测动量轮，采集动量轮转速脉冲。动量轮每旋转一圈，会产生24个脉冲信号，采集板采集24个脉冲采集后，将其分别存储在板上缓存器的24个缓存区内；

计数采用32位计数器，N₁为第1个脉冲和第2个脉冲间24MHz时钟的个数，N₂为第2个脉冲和第3个脉冲间24MHz时钟的个数，依此类推，N₂₄为第24个脉冲和第25个脉冲间24MHz时钟的个数；将N₁写到缓存器D₁内，将N₂写到缓存器D₂内，依此类推，将N₂₄写到缓存器D₂₄内，将N₂₅写到缓存器D₁内，此时进行下一周期的计数，这样动量轮脉冲采集板中这24个缓存器为连续的24个动量轮转速脉冲的数据；

步骤三：AT96总线CPU板通过AT96总线母板，分别读取采集板一个采样周期内全部这24个缓存器的数据，进行运算处理就得到稳定的动量轮的转速值。

4、如权利要求3所述一种高速动量轮转速测量方法，其特征在于：所述运算处理过程为：

先得到频率是24MHz时钟的周期t，单位秒；

$t=\frac{1}{24\×{10}^6}---\left(1\right)$

动量轮转动1周所用时间T单位秒，Di为第i个缓存器中的计数值，为24个缓存器中脉冲计数的总和；

$T=t{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{24}\mathrm{Di}---\left(2\right)$

动量轮的转速单位为rpm，即每60s转动的圈数。得到动量轮转速v

$v=\frac{60}{T}---\left(3\right)$

将公式(1)、(2)代入公式(3)得到动量轮转速的计算公式为：

$v=\frac{1.44\×{10}^9}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{24}\mathrm{Di}}---\left(4\right).$

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