專利名稱：旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)機、水泵、汽輪機等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)部測量信號輸出的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多年來人們對于風(fēng)機、水泵、汽輪機等旋轉(zhuǎn)葉輪機械理論和實驗研究上有了長足的發(fā)展，然而，在風(fēng)機、水泵、汽輪機等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)部測量信號輸出卻存在問題，例如對于水泵、石油鉆頭、風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，人們對旋轉(zhuǎn)表面流場壓力、相對速度等參數(shù)，采用各類傳感器可以較容易地獲得，但如何將這些相關(guān)的信息數(shù)據(jù)由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)部傳送出來，并將數(shù)據(jù)由計算機采集處理，卻是需要解決的困難問題之一。目前，有四種方式可供選擇無線電發(fā)報方式、機械密封方式、電刷方式、光電轉(zhuǎn)換傳輸方式。無線電發(fā)報方式理論上較容易理解，但它的實現(xiàn)過程則相對較復(fù)雜，原因是信號如果以模擬信號方式發(fā)送容易失真，故需要復(fù)雜的電路將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送，在信號接收后又需要復(fù)雜的電路還原信號，所以實際上整套機構(gòu)實現(xiàn)起來十分復(fù)雜，而且在無線電發(fā)送過程中存在干擾等致命問題。上海理工大學(xué)流體機械及動力工程研究所曾研究設(shè)計了機械密封裝置用于壓力信號的傳遞，且已獲得了成功，這種方式通過機械密封，使得不同的壓力經(jīng)由不同通道傳遞到靜止系統(tǒng)，缺點是壽命過短、噪音大、加工精度高，且只能測量壓力信號。電刷方式，傳感器獲得的信號是毫伏乃至微伏級的電信號，使用時信號損耗很大，使這種方式受到的很大的限制，且成本昂貴。而光電轉(zhuǎn)換傳輸式它可以較好解決以上存在的問題，這種方式已經(jīng)分別應(yīng)用到風(fēng)機和鉆井實驗裝置中，并取得穩(wěn)定可靠的效果。原有實驗采用的是并行發(fā)送方式，并行方式是將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以二進制的形式同時發(fā)送，其優(yōu)點是發(fā)送速度快，缺點是由于數(shù)據(jù)是同時發(fā)送，發(fā)送12位精度的數(shù)據(jù)需要至少12對二極管組，結(jié)構(gòu)較大，通常無法對接收的數(shù)據(jù)進行校驗，適合于轉(zhuǎn)速較低的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種能對接收的數(shù)據(jù)可以檢驗的適用于高轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實現(xiàn)的，旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)由傳感器、放大電路、多路開關(guān)、濾波電路、極性偏置、A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部微處理器、發(fā)光二極管組連接而成，旋轉(zhuǎn)主軸上傳感器所測參數(shù)的模擬信號經(jīng)放大電路、濾波電路、極性偏置電路、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由內(nèi)部電路的儲存器儲存，并通過發(fā)射光電二極管將此數(shù)字信號以串行方式逐位發(fā)送至接收端，由接收端接收光電二極管接收，經(jīng)外部微處理器與計算機連接。數(shù)字信號以串行方式逐位發(fā)送的系統(tǒng)中還置有包括二次發(fā)送校驗系統(tǒng)和返回式校驗系統(tǒng)。
本發(fā)明解決了如何將旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)部信號可靠地傳輸?shù)届o止系統(tǒng)的問題；采用將逐位數(shù)據(jù)發(fā)送的串行式發(fā)送方式，較好地避免了高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)光電信號轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位丟失；本發(fā)明通過光電返回式校驗系統(tǒng)和二次校驗系統(tǒng)完成了信號數(shù)字傳送過程中的錯誤校驗。滿足轉(zhuǎn)系統(tǒng)中信號在動靜結(jié)構(gòu)中傳送的可行性、可靠性要求。
圖1為實驗臺總裝置示意圖；圖2為光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置軸向剖面圖；圖3為光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)裝置軸向徑向面簡圖；圖4為程序流程框圖；圖5為內(nèi)部電路原理框圖；圖6為內(nèi)部電路具體線路圖；圖7為外部電路原理示意圖；圖8為外部電路具體線路圖；圖9為部分重要時序安排處理圖。
具體實施例方式
旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)分別在旋轉(zhuǎn)風(fēng)機和旋轉(zhuǎn)鉆頭實驗中得到應(yīng)用。圖為旋轉(zhuǎn)風(fēng)機實驗臺的總裝置示意圖，它由流量調(diào)節(jié)閥1、風(fēng)管2、風(fēng)機葉輪3、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀5、電機6、變頻調(diào)速儀7、計算機8組成。該實驗裝置的目的是為獲取旋轉(zhuǎn)的葉輪4表面的壓力信號。圖中變頻儀7控制電機6驅(qū)動離心風(fēng)機轉(zhuǎn)動，流量調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)流量，計算機8在線采集并處理由光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4獲得的壓力信息。由于可見光對光電系統(tǒng)存在干擾，整個光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處于密封狀態(tài)。由圖5、圖6、圖7、圖8所示，旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)由傳感器14、放大電路15、多路開關(guān)16、濾波電路17、極性偏置電路18、A/D轉(zhuǎn)換器19、內(nèi)部微處理器20、發(fā)光二極管組21連接而成，旋轉(zhuǎn)主軸上傳感器14所測參數(shù)的模擬信號經(jīng)放大電路15、濾波電路17、極性偏置電路18、A/D轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由內(nèi)部電路的儲存器儲存，并通過發(fā)射光電二極管將此數(shù)字信號以串行方式逐位發(fā)送至接收端，由接收端接收光電二極管接收，經(jīng)外部微處理器22與計算機23連接。由圖2、圖3所示，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括缸體和蓋板9、旋轉(zhuǎn)主軸10、外部電路板11、內(nèi)部電路板13，外部電路板固定在靜止的缸體上，內(nèi)部電路板固定在旋轉(zhuǎn)的主軸上，在缸體和旋轉(zhuǎn)主軸縱向置有由發(fā)射和接收組合的多組發(fā)光二極管組12，旋轉(zhuǎn)主軸10上置有傳感器14，內(nèi)部電路板上置有放大電路15、濾波電路17、極性偏置電路18、A/D轉(zhuǎn)換器19、微處理器20和儲存器，外電路主要包括微處理器22。當(dāng)系統(tǒng)做旋轉(zhuǎn)運動時，內(nèi)部電路板隨主軸一起轉(zhuǎn)動，在發(fā)射、接收二極管位置重合的瞬間完成數(shù)據(jù)交換，達到信號傳送的目的。多組發(fā)光二極管組由完成數(shù)據(jù)發(fā)送、接收功能的二極管組1(F1、J1)完成啟動發(fā)收、啟動接收功能二極管組2(F2、J2)用于啟動內(nèi)部電路選擇傳感器通道、與定時器相結(jié)合，在死機條件下對轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行復(fù)位的二極管組3(F3、J3)、用于在數(shù)據(jù)發(fā)送時對不同位之間起到分隔作用的二極管組4(F4、J4)以及作為備用的在使用返回式校驗系統(tǒng)時需要使用的二極管組5(F5、J5)組成。
通訊方式的選擇是本發(fā)明的關(guān)鍵核心技術(shù)。鑒于原有系統(tǒng)的優(yōu)缺點，旋轉(zhuǎn)光電信號轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)裝置著重以下問題1，信號的可靠傳送；2，數(shù)據(jù)傳輸錯誤的自動修正；3，系統(tǒng)在進入死機條件下的自動復(fù)位；4，減少蓄電池耗電。本發(fā)明在內(nèi)部電路板中安置了微處理器和儲存器，采用類串行數(shù)據(jù)發(fā)送方式，將數(shù)據(jù)逐位發(fā)送，由于結(jié)構(gòu)上二極管的直徑為5mm，風(fēng)機轉(zhuǎn)速為1000rpm，需要在交會的瞬間完成信號傳送，同時需兼顧CPU處理信息所消耗的時間，故數(shù)據(jù)有效讀取時間僅為幾微秒，在實踐中發(fā)現(xiàn)即使同一組二極管分別兩次接收到信號的幾何位置亦有差別，以上原因容易造成了信號傳送的錯誤。因此，對于高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機，數(shù)據(jù)傳送的可靠性需加以考慮，而信號的校驗是數(shù)據(jù)可靠傳送的關(guān)鍵，因此，本發(fā)明在串行方式逐位發(fā)送過的系統(tǒng)中置有包括二次發(fā)送校驗系統(tǒng)和返回式校驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗系統(tǒng)。二次發(fā)送校驗系統(tǒng)的具體方法是每位數(shù)據(jù)發(fā)送兩次，兩次值通過外部微處理器進行比較，相同則繼續(xù)，不同則啟動發(fā)光二極管F3，發(fā)出重新發(fā)送命令。實踐中通過發(fā)送先后關(guān)系實現(xiàn)，即正常發(fā)送是發(fā)光二極管F1作脈沖位啟動處理器，發(fā)光二極管F2作數(shù)據(jù)位，如果發(fā)光二極管F2作脈沖位啟動處理器，發(fā)光二極管F1作數(shù)據(jù)位，則為重發(fā)的信息。返回式校驗系統(tǒng)主要通過結(jié)構(gòu)上作相應(yīng)變化實現(xiàn)，具體數(shù)據(jù)流程是外部微處理器接收到數(shù)據(jù)后，以同樣方式將接收到的信息發(fā)送回內(nèi)部微處理器，內(nèi)部微處理器對信息進行比較，相同則繼續(xù)，不同則重發(fā)，重發(fā)所采用得方式與二次發(fā)送校驗相同。這樣需要啟用圖3的中間位置的備用二極管，整個數(shù)據(jù)傳送過程如圖4所示。
信號處理原理及時序處理圖5、圖7亦為信號處理示意圖，圖9表示了部分重要元件時序安排。由于內(nèi)部信號系統(tǒng)始終處于運動中，所有數(shù)據(jù)讀取、控制操作操作都是在運行時進行，各種意外都必須在軟件系統(tǒng)中考慮，以保證軟件程序正確可靠進行，所以時序的處理是調(diào)試程序的重要環(huán)節(jié)。其中需要解決的問題有1，發(fā)光二極管與接收二極管在合適的旋轉(zhuǎn)位置觸發(fā)微處理器執(zhí)行操作；2，保證在峰值讀取數(shù)據(jù)位；3，在整個測試系統(tǒng)進入死循環(huán)時能重新啟動(如系統(tǒng)在八位數(shù)據(jù)發(fā)送時如果數(shù)據(jù)丟失，外部電路只收到小于七位的數(shù)據(jù)，這時外部電路始終處于等待第八位數(shù)據(jù)的狀態(tài)，系統(tǒng)隨之失效)。死機時的復(fù)位未在流程圖中表達，做法是啟用外部電路或者PC機的計時器，并且賦予二極管組3高一級的中斷優(yōu)先權(quán)，實踐中簡單地使用外部電路CPU的計時器，在超出一定時間沒有收到所有信息時開啟二極管組3，迫使內(nèi)部電路中斷數(shù)據(jù)發(fā)送，并將內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通道指向下一傳感器。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于，它由傳感器(14)、放大電路(15)、多路開關(guān)(16)、濾波電路(17)、極性偏置電路(18)、A/D轉(zhuǎn)換器(19)、內(nèi)部微處理器(20)、發(fā)光二極管組(21)連接而成，旋轉(zhuǎn)主軸上傳感器所測參數(shù)的模擬信號經(jīng)放大電路(15)、濾波電路(17)、極性偏置電路(18)、A/D轉(zhuǎn)換器(19)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由內(nèi)部電路的儲存器儲存，并通過發(fā)射光電二極管將此數(shù)字信號以串行方式逐位發(fā)送至接收端，由接收端接收光電二極管接收，經(jīng)外部微處理器(22)至計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于所述的多組發(fā)光二極管組由完成數(shù)據(jù)發(fā)送、接收功能的二極管組1(F1、J1)、完成啟動發(fā)收、啟動接收功能二極管組2(F2、J2)、用于啟動內(nèi)部電路選擇傳感器通道的二極管組3(F3、J3)、用于在數(shù)據(jù)發(fā)送時對不同位之間起到分隔作用的二極管組4(F4、J4)以及作為備用的在使用返回式校驗系統(tǒng)時需要使用的二極管組5(F5、J5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字信號以串行方式逐位發(fā)送過的系統(tǒng)中置有包括二次發(fā)送校驗系統(tǒng)和返回式校驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于所述的二次發(fā)送校驗系統(tǒng)的具體方法是每位數(shù)據(jù)發(fā)送兩次，兩次值通過外部微處理器進行比較，相同則繼續(xù)，不同則則啟動發(fā)光二極管F3，發(fā)出重新發(fā)送命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于所述的返回式校驗系統(tǒng)的具體方法是外部微處理器(22)接收到數(shù)據(jù)后，以同樣方式將接收到的信息發(fā)送回內(nèi)部微處理器(20)，內(nèi)部微處理器(20)對信息進行比較，相同則繼續(xù)，不同則重發(fā)，重發(fā)方式與二次發(fā)送校驗相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)包括缸體和蓋板(9)、旋轉(zhuǎn)主軸(10)、外部電路板(11)、內(nèi)部電路板(13)，外部電路板固定在靜止的缸體上，內(nèi)部電路板固定在旋轉(zhuǎn)的主軸上，在缸體和旋轉(zhuǎn)主軸縱向置有由發(fā)射和接收組合的多組發(fā)光二極管組(12)，旋轉(zhuǎn)主軸上置有傳感器(12)，內(nèi)部電路板上置有放大電路(15)、濾波電路(17)、極性偏置電路(18)、A/D轉(zhuǎn)換器(19)、微處理器(20)和儲存器，外電路主要包括微處理器(22)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)信號光電轉(zhuǎn)換串行發(fā)送系統(tǒng)，它由傳感器、放大電路多路開關(guān)、濾波電路、極性偏置、A/D轉(zhuǎn)換電路、內(nèi)部微處理器、發(fā)光二極管組連接而成，主軸上傳感器測量模擬信號經(jīng)放大電路、濾波電路、極性偏置電路、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由儲存器儲存，并通過發(fā)射光電二極管將此數(shù)據(jù)以串行方式發(fā)送至接收光電二極管接收。本發(fā)明用串行發(fā)送方式，避免了高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)光電信號轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位丟失；通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字傳送過程中的錯誤校驗。滿足信號在動靜結(jié)構(gòu)中傳送的可行性、可靠性要求。
文檔編號G08C23/04GK1551056SQ0311589
公開日2004年12月1日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者陳康民, 鄭勝, 楊樹柏 申請人:上海理工大學(xué)