基于LIFI和红外传输的旋转机械非接触信号传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于可见光和红外光的旋转装置非接触信号传输系统，属非接触信号传输领域。信号采集单元采集到的电信号从旋转装置的旋转侧传至旋转装置的基座侧，当需要对旋转侧机械进行控制时，控制信号从旋转装置的基座侧传至旋转装置的旋转侧，这样就实现了多路信号的双向传输。光电传输耦合通道根据不同的应用需求采用不同的耦合方式，在数据传输量大的上行通道中，由可见光LED和光电倍增管构成，利用频率较高的可见光来进行光电耦合，而在下行通道中，选用结构简单的红外光进行光电耦合，由红外LED和红外接收管构成。这样不仅能有效地提高传输速率，更能简化结构、降低成本，同时也解决了通道间的干扰问题，为旋转机械的信息传输提供了一种双向、高速、可靠的方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号传输装置领域，具体是一种基于LIFI和红外传输的旋转机械非接触信号传输装置。
技术介绍
现代工业和生活中，旋转机械的应用十分广泛。在旋转机械的研究、设计和应用中，需要及时获取转子旋转过程中各个部位的信息，以便准确地知道转子的工作状态和运动情况；同时，为了对旋转部分进行控制，需要将上位机的数据和命令传递给旋转部件上的激励元件。因此，在上位机与旋转机械之间需要双向、高速、稳定的信息传输通道。传统的旋转件信号传输系统是依靠集流环形成的接触式传输方式，这种以电刷的机械接触形成闭合回路的系统存在着诸多不足，如转子和定子之间的摩擦将不可避免地产生发热和噪声，随着热量的聚集以及噪声的增强，会给测量电路带来较大干扰并导致测量信号出现漂移，最终致使所测参数出现偏差，从而影响系统的稳定性。另外，振动和冲击会使电刷与滑环间的接触可靠性降低，也会引入测量误差。其他的测量方法还有利用无线电形成的遥测系统，无线电数据传输方式易受到干扰，保密性差，且因其载波频率较低，传输速度受到很大限制。另一种常用的非接触测量方式是电磁耦合传输，这种方式具有较好的性能，传输信号可靠、抗干扰性强、误差小，但它最大的缺点是调制信号的载波频率受到磁芯截止频率的限制，因此限制了传输速率的提高，难以适应高速数据传输的需要。而新兴的光电耦合技术，利用光波为介质进行信号传输，在速度提升上具有巨大潜力。目前多采用红外光来进行光电转换，设计的系统具有体积小，保密性好等优点，但速度最大却只能达到16Mbps，并没有实现高速传输。LIFI是一种全新的无线数据传输技术，通过LED光源的快速开关或者强弱切换，实现对信息的二进制编码和发送，为旋转机械测控信号的高速传输提供了一种新的可能。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种稳定、双向、高速的旋转机械非接触信号传输装置。本专利技术包括旋转轴，旋转轴一端连接有旋转作业装置，另一端连接有旋转侧光电信号传输板和基座侧光电信号传输板；所述的旋转作业装置上安装有传感器和激励元件；所述的旋转侧光电信号传输板上设有信号采集模块、驱动控制模块、光驱动电路、可见光LED和红外接收器，基座侧光电信号传输板上设有第一数据处理模块、第二数据处理模块、光电倍增管和红外发射器，其中光驱动电路、LED和光电倍增管构成第一光电耦合模块，红外发射器和红外接收器构成第二光电耦合模块；传输测试信号依次经过信号采集模块、第一光电耦合模块、第一数据处理模块传输到上位机，该通道称为上行通道，传输控制信号依次经过上位机、第二数据处理模块、第二光电耦合模块传输到驱动控制模块，该通道称为下行通道。在上行通道中，信号采集模块把从传感器采集的原始信号处理后输入到第一光电耦合模块，第一光电耦合模块的输出是第一数据处理模块的输入，信号由USB总线传给上位机，即完成了从旋转侧传输到基座的传输，从而对旋转装置旋转侧的工作状态进行监测。在下行通道中，控制信号由USB总线进入第二数据处理模块，经第二数据处理模块输入到第二光电耦合模块，第二光电耦合模块的输出是控制驱动模块的输入，可以激励旋转机械上的控制元件。所述信号采集模块包括信号采样电路和编码器；信号采样电路采集压电传感器的原始信号，信号经编码器进行编码，之后，信号被输入到第一光电耦合模块。上行通道的第一光电耦合模块包括位于旋转侧的光驱动电路、LED以及位于基座的光电倍增管；光驱动电路将电信号转化为光信号，通过LED的开关传输到基座侧的光电倍增管。上行通道的第一数据处理模块包括带通滤波器、解码器；光电倍增管接收到的光信号经过带通滤波器后去除杂波，得到所需波长范围内的光并还原成电信号，经解码器解调后由USB输送给上位机进行处理。在实现控制信号的传输过程中，下行通道的第二数据处理模块包含编码器，控制信号经其调制后，由下行通道的第二光电耦合模块传输。下行通道的第二光电耦合模块包含红外发射器和红外接收器，红外接收器的输出为控制驱动模块的输入。所述的控制驱动模块包括解码器、功率放大器和驱动电路；红外接收器接收到的光信号转化成电信号，被解码、功率放大后控制旋转机械上的激励元件。进一步改进，为减少背景光的干扰，所述的旋转侧光电信号传输板和基座侧光电信号传输板位于遮光匣内。进一步改进，因USB接口具有传输速率高、体积小、价格便宜、扩展方便等优点，所述的数据处理模块与上位机之间通过USB总线连接。本专利技术有益效果在于：1、将LIFI技术应用于旋转机械的非接触信号传输，能大大提高信息传输速率，满足实时测控的需求。2、上行通道和下行通道选用不同的LED光源，能有效解决信道间的干扰问题，同时大大优化了系统结构，降低了成本。3、当系统需要测量多种参数时，在结构中加入多路复用技术，就能满足多种信号同时测量的需求。在不脱离本专利技术原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。附图说明图1是本专利技术的光电耦合传输装置整体结构图。图2是上行通道光电耦合传输系统原理图。图3是下行通道光电耦合传输系统原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的光电耦合传输装置整体结构如图1所示，包括旋转轴2，旋转轴2一端连接有旋转作业装置1，另一端连接有旋转侧光电信号传输板3和基座侧光电信号传输板5；所述的旋转作业装置1上安装有传感器和激励元件；所述的旋转侧光电信号传输板3上设有信号采集模块、驱动控制模块、光驱动电路、可见光LED和红外接收器，基座侧光电信号传输板5上设有第一数据处理模块、第二数据处理模块、光电倍增管和红外发射器，其中光驱动电路、LED和光电倍增管构成第一光电耦合模块，红外发射器和红外接收器构成第二光电耦合模块；传输测试信号依次经过信号采集模块、第一光电耦合模块、第一数据处理模块传输到上位机，该通道称为上行通道，传输控制信号依次经过上位机、第二数据处理模块、第二光电耦合模块传输到驱动控制模块，该通道称为下行通道。为减少背景光的干扰，所述的旋转侧光电信号传输板3和基座侧光电信号传输板5位于遮光匣4内。因USB接口具有传输速率高、体积小、价格便宜、扩展方便等优点，所述的数据处理模块与上位机之间通过USB总线连接。上行通道光电耦合传输系统原理图如图2所示，在上行通道中，因为测试信号有数据量大、连续、实时性要求高的特点，因此信号传输对速度要求较高，本专利技术选用LIFI传输方式。传感器将测得的原始信号如电压、电荷等在信号采集电路中经过放大、滤波后以电压信号输出；在编码器中，将基带信号的变化按一定的规则调制成脉冲，并将低频信号调制成高频信号，脉冲信号通过光驱动电路来控制可见光LED的开关，这样，就将采集到的电信号转换为光信号。基座一侧的光电倍增管用于第一接收光电耦合模块中可见光LED发送的光信号，进入带通滤波器后可滤去不在调制范围内的杂波的影响，只留下所需波长范围的光信号，并将光信号解调转化为电信号。解码器将调制的电信号进行解调恢复成原始信号，再将此信号送入单片机中进行处理。下行通道光电耦合传输系统原理图如图3所示，在下行通道中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LIFI和红外传输的旋转机械非接触信号传输装置，其特征在于：包括旋转轴（2），旋转轴（2）一端连接有旋转作业装置（1），另一端连接有旋转侧光电信号传输板（3）和基座侧光电信号传输板（5）；所述的旋转作业装置（1）上安装有传感器和激励元件；所述的旋转侧光电信号传输板（3）上设有信号采集模块、驱动控制模块、光驱动电路、可见光LED和红外接收器，基座侧光电信号传输板（5）上设有第一数据处理模块、第二数据处理模块、光电倍增管和红外发射器，其中光驱动电路、LED和光电倍增管构成第一光电耦合模块，红外发射器和红外接收器构成第二光电耦合模块；传输测试信号依次经过信号采集模块、第一光电耦合模块、第一数据处理模块传输到上位机，传输控制信号依次经过上位机、第二数据处理模块、第二光电耦合模块传输到驱动控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于LIFI和红外传输的旋转机械非接触信号传输装置，其特征在于：包括旋转轴（2），旋转轴（2）一端连接有旋转作业装置（1），另一端连接有旋转侧光电信号传输板（3）和基座侧光电信号传输板（5）；所述的旋转作业装置（1）上安装有传感器和激励元件；所述的旋转侧光电信号传输板（3）上设有信号采集模块、驱动控制模块、光驱动电路、可见光LED和红外接收器，基座侧光电信号传输板（5）上设有第一数据处理模块、第二数据处理模块、光电倍增管和红外发射器，其中光驱动电路、LED和光电倍增管构成第一光电耦合模块，红外发射器和红外接收器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仁文，邹盼盼，袁兴武，夏桦康，任龙，黄斌，唐杰，刘川，徐锦婷，余小庆，于杰，张笑笑，周秦邦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32