一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频与计数系统和方法，所述方法包括：依次连接的旋转脉冲编码器、脉冲信号传输模块、FPGA分频计数器和PIV流场测试相机，以及与FPGA分频计数器连接的数采控制计算机和PXI数字信号板；所述PXI数字信号板连接有数采板卡，同时还与数采控制计算机连接。本发明专利技术进行分频和计数提升了旋转信号方位触发采集的相位准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统和方法
本专利技术涉及编码器TTL脉冲信号的远程传输及计数分频
，尤其涉及旋转信号采集中利用旋转脉冲编码器的脉冲信号进行外部方位触发的应用场景下，具体是一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统和方法。
技术介绍
旋转编码器脉冲信号长距离(≥20m)传输过程中很容易受到电环境的干扰，导致旋转转速测量不准，则据此脉冲信号进行分频或计数时，其结果也受很大影响。在旋转信号测量中，有一些信号是与旋转方位角有关系的，因此这些信号的采集通常采用方位角触发的方式进行采集。这有两种方式：一种是一圈每间隔多少基脉冲进行采集一次，如旋翼试验中桨叶弯矩信号的采集等；另一种是一圈只在某个方位角测试一次，如旋翼试验中PIV流场测试。前者需要将编码器脉冲信号进行分频，用分频信号去触发数据采集系统，以前我们采用的是PXI的数字信号板进行分频，通过总线触发数据采集，由于编码器脉冲信号的干扰，另外还有PXI数字信号板分频器时延不确定，导致不同次采集数据中起始方位不一致，甚至同一次采集中不同圈数的数据相位也不相同，这不仅影响试验数据的准确性及重复性精度，更影响试验数据的动态信号分析结果。后者测试中由于方位角不能锁定，导致测试流场数据根本不是指定方位角的数据，同时重复性精度更是采到严重影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统和方法。本专利技术提供的一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统，包括：依次连接的旋转脉冲编码器、脉冲信号传输模块、FPGA分频计数器和PIV流场测试相机，以及与FPGA分频计数器连接的数采控制计算机和PXI数据信号板；所述PXI数字信号板连接有数采板卡，同时还与数采控制计算机连接。本专利技术还提供一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法，包括：旋转脉冲编码器输出脉冲信号；脉冲信号传输模块将脉冲信号传输至FPGA分频计数器；FPGA分频计数器由数采控制计算机进行分频和计数的参数设置；FPGA分频计数器对输入的脉冲信号进行软件滤波；FPGA分频计数器检测脉冲信号的初始相位脉冲数并反馈给数采控制计算机；数采控制计算机通过PXI数字信号板发出分频控制信号和计数控制信号，控制FPGA分频计数器输出分频信号和计数信号，从而实现分频和计数的启停；其中，输出的分频信号通过PXI数字信号板触发数采板卡进行数据采集，输出的计数信号触发PIV流场测试相机进行PIV流场测试。进一步地，所述脉冲信号传输模块采用LVDS方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。进一步地，所述脉冲信号传输模块采用光纤传输方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。进一步地，所述脉冲信号传输模块采用原信号差分方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。进一步地，所述FPGA分频计数器对输入的脉冲信号进行软件滤波的实现方法为：设分频和计数系统的基准时钟频率为fr，则基准时钟周期为Tr＝1/fr；假设此时的脉冲信号的频率为f，则脉冲信号的时钟周期为T＝1/f；则有脉冲信号的时钟周期T＝N×Tr，N为倍数；得到N＝T/Tr＝fr/f，则一个占空比为50％的T内高低电平分别的持续时间Ts＝N/2×Tr；当检测到脉冲信号的边沿变化，就开始对基准时钟的上升沿计数，其中，每检测到一个基准时钟的上升沿，基准时钟计数加1，同时将接收的脉冲信号进行累加，当基准时钟计数＝(N/2×k1)，对累加的脉冲信号值进行判断：若累加的脉冲信号值<(N/2×k2)，则判断此时脉冲信号为0；若累加的脉冲信号值>(N/2×k2)，则判断此时脉冲信号为1；其中，k1，k2取值为(0，1]。进一步地，所述FPGA分频计数器检测脉冲信号的初始相位脉冲数的实现方法为：对旋转脉冲编码器的脉冲信号中的A/B信号进行计数，当检测到第一个Z信号的上升沿时停止计数，该计数结果为初始相位脉冲数。进一步地，所述FPGA分频计数器实现分频的方法为：FPGA分频计数器接收到由数采控制计算机设置的分频配置参数为N分频时，在输入的脉冲信号进入到FPGA分频计数器后，FPGA分频计数器记录输入的脉冲信号的上升沿和下降沿，一个上升沿和一个下降沿为一个脉冲周期；从第一个上升沿，FPGA分频计数器开始计数，并且输出脉冲信号的高电平；当FPGA计数值等于N/2时，输出高电平变为低电平并继续计数直到计数值为N时，完成一个脉冲周期的脉冲信号转换，切换到新一个脉冲周期的分频。进一步地，所述FPGA分频计数器实现计数的方法为：将物理的360度对应实际的M个脉冲，以每45度对应M/8个脉冲；对旋转脉冲编码器输出的脉冲信号中的A/B脉冲信号计数，当与初始相位脉冲数相同时产生一个参考相位脉冲；在参考相位脉冲的基础上产生相位偏移脉冲：在参考相位脉冲的位置上再次对A/B脉冲信号进行计数，计满M+x×M/8个脉冲之后产生一个相位脉冲，以后每计满M个脉冲就产生一个相位脉冲，即在物理上实现在参考相位脉冲的位置处偏移(45×x)度产生相位脉冲。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术进行分频和计数提升了准确性。2、本专利技术脉冲信号的长线传输抗干扰能力得到很大提升。3、本专利技术的分频时延很短，且时间确定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统的原理框图。图2为本专利技术实施例的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法的原理框图。图3为本专利技术实施例的脉冲信号关系示意图。图4为本专利技术实施例的LVDS方式传输脉冲信号的结构示意图。图5为本专利技术实施例的光纤传输方式传输脉冲信号的结构示意图。图6为本专利技术实施例的原信号差分方式传输脉冲信号的结构示意图。图7为本专利技术实施例的软件滤波的原理示意图。图8为本专利技术实施例的初始相位检测的仿真图。图9为本专利技术实施例分频的原理示意图。图10a为本专利技术实施例计数的参考相位脉冲的仿真图。图10b为本专利技术实施例计数的第一个偏移相位脉冲的仿真图。图10c为本专利技术实施例计数的产生偏移后的相位脉冲仿真图。图11为本专利技术示例中分频信号仿真图。图12为本专利技术示例中计数信号仿真图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。如图1所示，本实施例提供的一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统，包括：依次连接的旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频与计数系统和方法，其特征在于，包括：依次连接的旋转脉冲编码器、脉冲信号传输模块、FPGA分频计数器和PIV流场测试相机，以及与FPGA分频计数器连接的数采控制计算机和PXI数据信号板；所述PXI数字信号板连接有数采板卡，同时还与数采控制计算机连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频与计数系统和方法，其特征在于，包括：依次连接的旋转脉冲编码器、脉冲信号传输模块、FPGA分频计数器和PIV流场测试相机，以及与FPGA分频计数器连接的数采控制计算机和PXI数据信号板；所述PXI数字信号板连接有数采板卡，同时还与数采控制计算机连接。


2.一种旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数系统方法，其特征在于，包括：
旋转脉冲编码器输出脉冲信号；
脉冲信号传输模块将脉冲信号传输至FPGA分频计数器；
FPGA分频计数器由数采控制计算机进行分频和计数的参数设置；
FPGA分频计数器对输入的脉冲信号进行软件滤波；
FPGA分频计数器检测脉冲信号的初始相位脉冲数并反馈给数采控制计算机；
数采控制计算机通过PXI数字信号板发出分频控制信号和计数控制信号，控制FPGA分频计数器输出分频信号和计数信号，从而实现分频和计数的启停；其中，输出的分频信号通过PXI数字信号板触发数采板卡进行数据采集，输出的计数信号触发PIV流场测试相机进行PIV流场测试。


3.根据权利要求2所述的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法，其特征在于，所述脉冲信号传输模块采用LVDS方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。


4.根据权利要求2所述的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法，其特征在于，所述脉冲信号传输模块采用光纤传输方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。


5.根据权利要求2所述的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法，其特征在于，所述脉冲信号传输模块采用原信号差分方式将旋转脉冲编码器的脉冲信号传输至FPGA分频计数器。


6.根据权利要求2所述的旋转脉冲编码器的脉冲信号的分频和计数方法，其特征在于，FPGA分频计数器对输入的脉冲信号进行软件滤波的实现方法为：
设分频和计数系统的基准时钟频率为fr，则基准时钟周期为Tr＝1/fr；假设此时的脉冲信号的频率为f，则脉冲信号的时钟周期为T＝1/f；则有脉冲信号的时钟周期T＝N×Tr，N为倍数；得到N＝T/Tr＝fr/...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭先敏，章贵川，张卫国，车兵辉，吴雪玲，黄志银，尹欣繁，罗欢，魏一博，王亮权，史喆羽，徐栋霞，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51