CN1551056A

CN1551056A - 旋转信号光电转换串行发送系统

Info

Publication number: CN1551056A
Application number: CNA031158919A
Authority: CN
Inventors: 陈康民; 郑胜; 杨树柏
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: CN100397433C

Abstract

本发明涉及一种旋转信号光电转换串行发送系统，它由传感器、放大电路多路开关、滤波电路、极性偏置、A/D转换电路、内部微处理器、发光二极管组连接而成，主轴上传感器测量模拟信号经放大电路、滤波电路、极性偏置电路、A/D转换器转换成数字信号，由储存器储存，并通过发射光电二极管将此数据以串行方式发送至接收光电二极管接收。本发明用串行发送方式，避免了高速旋转系统光电信号转换数据位丢失；通过系统的数据校验系统实现数字传送过程中的错误校验。满足信号在动静结构中传送的可行性、可靠性要求。

Description

旋转信号光电转换串行发送系统

技术领域

本发明涉及一种用于风机、水泵、汽轮机等旋转机构内部测量信号输出的旋转信号光电转换串行发送系统。

背景技术

多年来人们对于风机、水泵、汽轮机等旋转叶轮机械理论和实验研究上有了长足的发展，然而，在风机、水泵、汽轮机等旋转机构内部测量信号输出却存在问题，例如对于水泵、石油钻头、风机等旋转机构，人们对旋转表面流场压力、相对速度等参数，采用各类传感器可以较容易地获得，但如何将这些相关的信息数据由旋转系统内部传送出来，并将数据由计算机采集处理，却是需要解决的困难问题之一。目前，有四种方式可供选择：无线电发报方式、机械密封方式、电刷方式、光电转换传输方式。无线电发报方式理论上较容易理解，但它的实现过程则相对较复杂，原因是信号如果以模拟信号方式发送容易失真，故需要复杂的电路将信号转换成数字信号发送，在信号接收后又需要复杂的电路还原信号，所以实际上整套机构实现起来十分复杂，而且在无线电发送过程中存在干扰等致命问题。上海理工大学流体机械及动力工程研究所曾研究设计了机械密封装置用于压力信号的传递，且已获得了成功，这种方式通过机械密封，使得不同的压力经由不同通道传递到静止系统，缺点是寿命过短、噪音大、加工精度高，且只能测量压力信号。电刷方式，传感器获得的信号是毫伏乃至微伏级的电信号，使用时信号损耗很大，使这种方式受到的很大的限制，且成本昂贵。而光电转换传输式它可以较好解决以上存在的问题，这种方式已经分别应用到风机和钻井实验装置中，并取得稳定可靠的效果。原有实验采用的是并行发送方式，并行方式是将A/D转换的数据以二进制的形式同时发送，其优点是发送速度快，缺点是由于数据是同时发送，发送12位精度的数据需要至少12对二极管组，结构较大，通常无法对接收的数据进行校验，适合于转速较低的系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种能对接收的数据可以检验的适用于高转速系统的旋转信号光电转换串行发送系统。

本发明的技术方案是这样来实现的，旋转信号光电转换串行发送系统由传感器、放大电路、多路开关、滤波电路、极性偏置、A/D转换器、内部微处理器、发光二极管组连接而成，旋转主轴上传感器所测参数的模拟信号经放大电路、滤波电路、极性偏置电路、A/D转换器转换成数字信号，由内部电路的储存器储存，并通过发射光电二极管将此数字信号以串行方式逐位发送至接收端，由接收端接收光电二极管接收，经外部微处理器与计算机连接。数字信号以串行方式逐位发送的系统中还置有包括二次发送校验系统和返回式校验系统。

本发明解决了如何将旋转系统内部信号可靠地传输到静止系统的问题；采用将逐位数据发送的串行式发送方式，较好地避免了高速旋转系统光电信号转换数据位丢失；本发明通过光电返回式校验系统和二次校验系统完成了信号数字传送过程中的错误校验。满足转系统中信号在动静结构中传送的可行性、可靠性要求。

附图说明

图1为实验台总装置示意图；

图2为光电转换系统装置轴向剖面图；

图3为光电转换系统装置轴向径向面简图；

图4为程序流程框图；

图5为内部电路原理框图；

图6为内部电路具体线路图；

图7为外部电路原理示意图；

图8为外部电路具体线路图；

图9为部分重要时序安排处理图。

具体实施方式

旋转信号光电转换串行发送系统分别在旋转风机和旋转钻头实验中得到应用。图为旋转风机实验台的总装置示意图，它由流量调节阀1、风管2、风机叶轮3、光电转换系统4、转速转矩仪5、电机6、变频调速仪7、计算机8组成。该实验装置的目的是为获取旋转的叶轮4表面的压力信号。图中变频仪7控制电机6驱动离心风机转动，流量调节阀1调节流量，计算机8在线采集并处理由光电转换系统4获得的压力信息。由于可见光对光电系统存在干扰，整个光电转换系统处于密封状态。由图5、图6、图7、图8所示，旋转信号光电转换串行发送系统由传感器14、放大电路15、多路开关16、滤波电路17、极性偏置电路18、A/D转换器19、内部微处理器20、发光二极管组21连接而成，旋转主轴上传感器14所测参数的模拟信号经放大电路15、滤波电路17、极性偏置电路18、A/D转换器19转换成数字信号，由内部电路的储存器储存，并通过发射光电二极管将此数字信号以串行方式逐位发送至接收端，由接收端接收光电二极管接收，经外部微处理器22与计算机23连接。由图2、图3所示，光电转换系统的结构包括：缸体和盖板9、旋转主轴10、外部电路板11、内部电路板13，外部电路板固定在静止的缸体上，内部电路板固定在旋转的主轴上，在缸体和旋转主轴纵向置有由发射和接收组合的多组发光二极管组12，旋转主轴10上置有传感器14，内部电路板上置有放大电路15、滤波电路17、极性偏置电路18、A/D转换器19、微处理器20和储存器，外电路主要包括微处理器22。当系统做旋转运动时，内部电路板随主轴一起转动，在发射、接收二极管位置重合的瞬间完成数据交换，达到信号传送的目的。多组发光二极管组由完成数据发送、接收功能的二极管组1(F₁、J₁)完成启动发收、启动接收功能二极管组2(F₂、J₂)用于启动内部电路选择传感器通道、与定时器相结合，在死机条件下对转换系统进行复位的二极管组3(F₃、J₃)、用于在数据发送时对不同位之间起到分隔作用的二极管组4(F₄、J₄)以及作为备用的在使用返回式校验系统时需要使用的二极管组5(F₅、J₅)组成。

通讯方式的选择是本发明的关键核心技术。鉴于原有系统的优缺点，旋转光电信号转换串行发送系统装置着重以下问题：1，信号的可靠传送；2，数据传输错误的自动修正；3，系统在进入死机条件下的自动复位；4，减少蓄电池耗电。本发明在内部电路板中安置了微处理器和储存器，采用类串行数据发送方式，将数据逐位发送，由于结构上二极管的直径为5mm，风机转速为1000rpm，需要在交会的瞬间完成信号传送，同时需兼顾CPU处理信息所消耗的时间，故数据有效读取时间仅为几微秒，在实践中发现即使同一组二极管分别两次接收到信号的几何位置亦有差别，以上原因容易造成了信号传送的错误。因此，对于高速旋转的风机，数据传送的可靠性需加以考虑，而信号的校验是数据可靠传送的关键，因此，本发明在串行方式逐位发送过的系统中置有包括二次发送校验系统和返回式校验系统的数据校验系统。二次发送校验系统的具体方法是：每位数据发送两次，两次值通过外部微处理器进行比较，相同则继续，不同则启动发光二极管F₃，发出重新发送命令。实践中通过发送先后关系实现，即正常发送是发光二极管F₁作脉冲位启动处理器，发光二极管F₂作数据位，如果发光二极管F₂作脉冲位启动处理器，发光二极管F₁作数据位，则为重发的信息。返回式校验系统主要通过结构上作相应变化实现，具体数据流程是外部微处理器接收到数据后，以同样方式将接收到的信息发送回内部微处理器，内部微处理器对信息进行比较，相同则继续，不同则重发，重发所采用得方式与二次发送校验相同。这样需要启用图3的中间位置的备用二极管，整个数据传送过程如图4所示。

信号处理原理及时序处理

图5、图7亦为信号处理示意图，图9表示了部分重要元件时序安排。由于内部信号系统始终处于运动中，所有数据读取、控制操作操作都是在运行时进行，各种意外都必须在软件系统中考虑，以保证软件程序正确可靠进行，所以时序的处理是调试程序的重要环节。其中需要解决的问题有：1，发光二极管与接收二极管在合适的旋转位置触发微处理器执行操作；2，保证在峰值读取数据位；3，在整个测试系统进入死循环时能重新启动(如系统在八位数据发送时如果数据丢失，外部电路只收到小于七位的数据，这时外部电路始终处于等待第八位数据的状态，系统随之失效)。死机时的复位未在流程图中表达，做法是启用外部电路或者PC机的计时器，并且赋予二极管组3高一级的中断优先权，实践中简单地使用外部电路CPU的计时器，在超出一定时间没有收到所有信息时开启二极管组3，迫使内部电路中断数据发送，并将内部数据传送通道指向下一传感器。

Claims

1、一种旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于，它由传感器(14)、放大电路(15)、多路开关(16)、滤波电路(17)、极性偏置电路(18)、A/D转换器(19)、内部微处理器(20)、发光二极管组(21)连接而成，旋转主轴上传感器所测参数的模拟信号经放大电路(15)、滤波电路(17)、极性偏置电路(18)、A/D转换器(19)转换成数字信号，由内部电路的储存器储存，并通过发射光电二极管将此数字信号以串行方式逐位发送至接收端，由接收端接收光电二极管接收，经外部微处理器(22)至计算机。

2、根据权利要求1所述的旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于所述的多组发光二极管组由完成数据发送、接收功能的二极管组1(F₁、J₁)、完成启动发收、启动接收功能二极管组2(F₂、J₂)、用于启动内部电路选择传感器通道的二极管组3(F₃、J₃)、用于在数据发送时对不同位之间起到分隔作用的二极管组4(F₄、J₄)以及作为备用的在使用返回式校验系统时需要使用的二极管组5(F₅、J₅)。

3、根据权利要求1所述的旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于所述的数字信号以串行方式逐位发送过的系统中置有包括二次发送校验系统和返回式校验系统的数据校验系统。

4、根据权利要求1、3所述的旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于所述的二次发送校验系统的具体方法是：每位数据发送两次，两次值通过外部微处理器进行比较，相同则继续，不同则则启动发光二极管F₃，发出重新发送命令。

5、根据权利要求1、3所述的旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于所述的返回式校验系统的具体方法是：外部微处理器(22)接收到数据后，以同样方式将接收到的信息发送回内部微处理器(20)，内部微处理器(20)对信息进行比较，相同则继续，不同则重发，重发方式与二次发送校验相同。

6、根据权利要求1所述的旋转信号光电转换串行发送系统，其特征在于，其结构包括：缸体和盖板(9)、旋转主轴(10)、外部电路板(11)、内部电路板(13)，外部电路板固定在静止的缸体上，内部电路板固定在旋转的主轴上，在缸体和旋转主轴纵向置有由发射和接收组合的多组发光二极管组(12)，旋转主轴上置有传感器(12)，内部电路板上置有放大电路(15)、滤波电路(17)、极性偏置电路(18)、A/D转换器(19)、微处理器(20)和储存器，外电路主要包括微处理器(22)。