基于SOPC的扭振信號測量系統(tǒng)實現(xiàn)研究
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目前按照對扭振信號的提取方式，扭振測量可以分為模擬式、數(shù)字式和軟件式。數(shù)字式扭振監(jiān)測應(yīng)用較為廣泛。這一類儀器測量精度較高，信號采集主要用單片機或單片機及CPLD。單片機采集信號速度低且系統(tǒng)實時性較差；用單片機結(jié)合CPLD實現(xiàn)，系統(tǒng)可擴展性不好，一旦硬件做成很難改動，另外可編程器件與單片機接口的速率匹配也是一個瓶頸問題。
SOPC(System On Programmble Chip)是Altera公司提出的片上可編程系統(tǒng)解決方案。它將CPU、存儲器、I／0接口、DSP模塊、低電壓差分信號(LVDS)技術(shù)、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(CDR)以及鎖相環(huán)(PLL)等系統(tǒng)設(shè)計所必需的模塊集成到一片F(xiàn)PGA上，構(gòu)成一個可編程的片上系統(tǒng)，使所設(shè)計的電路在其規(guī)模、可靠性、體積、功耗、上市周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品維護及硬件升級等多方面實現(xiàn)最優(yōu)化。用SOPC技術(shù)實現(xiàn)扭振信號監(jiān)測，在測量精度、數(shù)據(jù)傳輸及計算、系統(tǒng)擴展等方面都有很大優(yōu)勢。
1 扭振監(jiān)測原理及方法
軸系在旋轉(zhuǎn)時若沒有扭振，則軸的各瞬時速度都等于其平均速度，軸上的齒輪盤也是勻速轉(zhuǎn)動，且傳感器輸出的每齒一個脈沖信號的重復(fù)周期是相同的。當(dāng)軸系發(fā)生扭振時，相當(dāng)于在軸系平均速度上疊加了一個扭振的波動，于是傳感器輸出的脈沖序列就不再是均勻間隔了，而是一個載波頻率被扭振信號調(diào)制的調(diào)頻信號。這個調(diào)頻信號可以用脈沖記數(shù)法進行解調(diào)。設(shè)軸系旋轉(zhuǎn)一周的時間為tc，則平均速度為
齒輪的齒數(shù)為N，再測出轉(zhuǎn)n個齒的時間為tn，tn在時間內(nèi)軸系的扭角為
因此只要測出tn和tc就可算出相應(yīng)各￡。的扭角θn。
信號的拾取可采用光電編碼器。光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置組成，光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。將光電編碼器的光柵碼盤安裝在轉(zhuǎn)軸上，且與轉(zhuǎn)軸同心，當(dāng)軸系轉(zhuǎn)動時光柵盤與軸同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置輸出若干脈沖信號，對脈沖信號計數(shù)，并通過計算就可得出θn。
2 扭振信號監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及板級硬件設(shè)計
扭振信號測監(jiān)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
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