猝发式红外近距离测试系统发射部分电路设计

2012-08-31 09:50:58来源: 21IC

利用红外通信进行旋转轴动态参数测试,主要是为了满足坦克、装甲车辆狭小空间中运动部件动态参数测试的强烈需求。由于红外通信在空间和成本的优势,从上述理论研究和实车试验中证明其较高的应用价值。

猝发式红外近距离测试系统是在红外近距离测试系统的基础上,针对更加狭小的空间如发动机输出轴,提出的一种点对点式的红外数据传输的扭矩测试系统。

1 坦克发动机扭矩信号采样频率分析

坦克发动机属多缸发动机,是采用各缸顺序点火、轮流作功的方式工作。实测得到发动机输出轴上产生的力矩(扭矩)是一个随转速变化的周期信号,该信号的幅值极不规范。工程中所述扭矩为平均扭矩,定义在一个循环内(720°曲轴转角)扭矩的平均值。高速、高功率密度柴油机有6缸、8缸和12缸之分,其最高转速均不超过3000r/min,从这一目标出发选用扭矩信号频率最高的12缸发动机计算扭矩信号周期T。

当nmax=3000r/min时,

T=(10/nmax)3.33(ms)

按采样定理工程实用采样频率是信号固有频率的5~10倍的原则,以及实际运行效果的试验,取系统采样周期为500μs即采样频率为2kHz。

2 猝发式红外近距离测试系统模型的建立

按图1建立猝发式红外通讯的实物模型,发射器安装在旋转轴上,接收器安装在旋转轴上,接收器可安装在轴向和径向两个方向的适当位置,其计算分析相似,由于径向安装比较方便,故安装在径向。

猝发式红外通讯

点击看原图

图1中 β——接收器的接收半角;

R——旋转轴的半径;

α——发射器的发射半角;

L——接收器与发射器的最小距离;

θ——发射器和接收器分别与圆心连线的夹角;

A——红外接收管;B、C——红外发射管。

时序

点击看原图

    弧长BC(设为S)与通讯时间成正比,故弧长S的大小决定了通讯时间的长短,称弧长S为发射窗口。由模型知θ决定了发射窗口的大小(当R一定时),只有当α小于或等于发射器的最大发射半角时,发射器发出的红外光才能被接收器直接接收。目前使用发射器的最小发射半角为15°。当α=15°时,由三角形OAB可知:

(sinβ)/R=sin(π-15°)/(R+L)    (1)

sinβ=R/(R+L)sin15°    (2)

θ+β=15°    (3)

故θ=15°-β

T=2Rθ/(Rω)=(2θ)/ω    (4)

由于θ与有效通讯弧长AB成正比,而弧长AB又与通讯时间成正比,故增大θ可增长通讯时间。由上式可知,增大θ有两种方法:减小R,或增大L。

设轴的角速度为ω(rad/s),一转中采样的数据个数N,每个数据占有M位,红外通讯传输的波特率为V(bit/s),发送N个数据需要时间为tall(s),发射器通过发射窗口的时间(即有效通讯时间)为T(s),则一转中发射数据所需总时间为:

tall=(MN)/V    (5)

如设转速为3000r/min,2θ=30°,由(4)式得:

T=1.67ms

设N=200,即采样频率

f=200sps/r×(3000r/min)/60=10ksps

若M=16,V=2Mb/s,

得:

tall=(200×16)/2M=1.6ms

由于tall [1] [2] [3]

关键字:猝发式  红外通信  近距离测试系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0831/article_5809.html
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