旋转部件无线遥测系统的若干关键技术研究

论文摘要

在航空发动机转子等旋转部件的试验研究过程中,迫切需要一种能够获取旋转部件上各种参数的数据采集系统。无线遥测具有寿命长、不受转速限制等优点,适合于旋转部件的参数测量。本文针对旋转部件无线参数遥测系统的无线数据传输和非接触电能传输等关键技术进行了深入研究,主要内容如下:(1)总结了早期旋转部件参数采集技术及其存在的缺点,分析了目前各种无线遥测方法的应用,提出了基于无线数据传输和非接触电能传输的旋转部件参数遥测系统的总体技术方案,并对各组成部分的技术途径进行了阐述。(2)提出了旋转部件参数遥测系统的并行红外无线数据传输方案,成倍提高了数据传输速率。该方案采用CPLD设计了并行红外编解码器,提高了电路集成度。其中,采用改进编码解决了4PPM编码时4Mbps数据传输过程中由于器件误差导致的误判问题,实现了单通道5.8Mbps速率数据传输。针对旋转部件应用,提出了两种反射方式的红外数据传输方案,克服了红外无线数据传输系统需安装于旋转轴端面的缺点,使得数据传输系统可灵活地安装于转轴任意位置。(3)开展了基于激光光源的无线数据传输应用研究。设计了激光二极管驱动、光电探测器放大电路,采用FPGA设计了8.9Mbps位速率的串行/解串器,实现了数据信号的调制、转换与恢复。针对旋转部件无线数据传输的应用要求研究了非连续光纤数据传输,通过试验给出了光纤端面距离对数据传输可靠性的影响结果,为实际应用中光纤端面距离确定提供依据。针对非连续光纤数据传输要求严格对心的问题,提出了采用激光器与光电探测器进行直接数据传输的方案,使得收发双方旋转对心的要求大为降低。(4)信息编码技术研究。对航空发动机转子压力和振动参数,分别采用DPCM和DCT方法进行了数据压缩的试验,通过对两种压缩方法的结合,使数据压缩比得到很大的提高,从而提高了有限带宽下的数据传输量。其中针对DPCM编码提出了一种预测误差符号的方法,提高了数据压缩比。为了提高数据传输可靠性,研究了纠错编码:采用CPLD/FPGA设计了串行和并行两种接口的BCH编码器,具有便于同串行器在单片器件中设计的优点,有利于提高电路集成度;提出了一种针对纠1位差错BCH码的译码方法,利用了生成矩阵的减号逆矩阵将传统译码过程中的除法转换为加法,从而在保证数据传输可靠的同时,使译码时间大为缩短。(5)感应式非接触电能传输技术研究。首次提出了采用反激式开关电源技术设计旋转非接触电源变换器的方法,利用其变压器需要空隙的特点解决了电能的非接触传输问题;针对旋转部件的特殊应用,提出了采用电压裕量和后续稳压电路的方法实现了电压的稳定输出。完成了10W电源变换器的设计,并通过试验给出了旋转因素、变压器空隙和偏心对电源变换器性能的影响,为设计参数的修正提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景和意义
• 1.2 旋转部件数据采集的关键技术问题
• 1.3 旋转部件数据采集的早期方法
• 1.4 旋转部件参数遥测技术的研究应用概况
• 1.5 本文研究内容及安排
• 第二章 旋转部件高速参数遥测系统
• 2.1 旋转部件参数遥测系统组成
• 2.2 数据采集与处理
• 2.3 无线数据传输
• 2.4 电能传输
• 2.5 小结
• 第三章 红外无线数据传输
• 3.1 红外无线数据通信技术概述
• 3.2 采用并行红外无线数据传输的旋转部件参数遥测系统
• 3.3 基于CPLD 设计红外编解码控制器
• 3.4 反射红外无线数据传输
• 3.5 旋转反射并行红外无线数据传输
• 3.6 小结
• 第四章 激光光源无线数据传输
• 4.1 激光光源与光通信系统
• 4.2 光发射/接收电路设计
• 4.3 串行/解串器的FPGA 实现
• 4.4 非连续光纤数据传输试验
• 4.5 直接激光器与探测器数据传输
• 4.6 小结
• 第五章 信息编码研究
• 5.1 编码理论基本概念
• 5.2 压缩编码试验研究
• 5.3 信道编码设计
• 5.4 小结
• 第六章 非接触电源变换器设计
• 6.1 感应式电能传输概述
• 6.2 可旋转非接触电源变换器设计
• 6.3 电源变换器应用试验
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文