摘? 要: 介紹了一種紅外遙測系統(tǒng)" title="遙測系統(tǒng)">遙測系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的供電電壓和噪聲值進(jìn)行精確測量和記錄。它為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)上" title="機(jī)上">機(jī)上激活的熱電池、化學(xué)電池的測試提供了一種抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高的技術(shù)手段。
關(guān)鍵詞: 紅外遙測? 電池? 高速旋轉(zhuǎn)機(jī) ?抗干擾
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高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作的電池(如化學(xué)電池、熱電池及固體電池等)的供電特性的精確測量是一項(xiàng)非常重要但又困難的事情。目前,根據(jù)信號傳輸形式的不同,檢測方法有電刷接觸有線測量、水銀集流環(huán)有線測量和無線電遙測等。但這些方法適用的測試范圍有限,對于速度很高且具有強(qiáng)電磁干擾" title="電磁干擾">電磁干擾的新型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)的情況不能適用。為了滿足新型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)上的電池高精度測試的要求,我們開發(fā)了電池供電特性紅外遙測系統(tǒng),取得了很好的效果。
1 遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)在工作時產(chǎn)生極其強(qiáng)大的電磁干擾,抗干擾設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。試驗(yàn)表明,電磁感應(yīng)耦合方式和無線電傳輸方式都受到嚴(yán)重干擾而不能正常應(yīng)用。我們最終選擇了紅外遙測的方法,成功解決了強(qiáng)電磁場干擾的問題。
遙測系統(tǒng)由測量與調(diào)制發(fā)射電路、前置接收放大電路、解調(diào)電路" title="解調(diào)電路">解調(diào)電路三部分組成,如圖1所示。測量與發(fā)射電路和被測電池一起裝在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)上隨機(jī)高速運(yùn)動,發(fā)射管處于旋轉(zhuǎn)軸線上,可連續(xù)發(fā)射輸出信號。接收電路固定在旋轉(zhuǎn)機(jī)外適宜接收信號的位置。
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2 遙測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 電池信號測量轉(zhuǎn)換電路
此電路安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)上和被測電池一起旋轉(zhuǎn),電路由被測電池供電;電路板用發(fā)泡材料密封。電路原理如圖2所示。
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由于直流電壓最高可達(dá)32V,而交流噪聲信號的電壓值Vpp僅為25mV,幅值相差很懸殊,不宜在一種范圍里進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此,分別采用交、直流測量電路,這樣可以按轉(zhuǎn)換關(guān)系對直流電壓進(jìn)行衰減,對交流信號適當(dāng)放大。
電路中IC1采用精密穩(wěn)壓芯片AD586為后級電路供電,使電池電壓的波動不會影響電路的正常工作,確保了發(fā)射電路的穩(wěn)定性;V-F變換芯片IC2采用高精度的集成電路CD4046。
2.2 接收與解調(diào)濾波電路
將光信號接收、轉(zhuǎn)換、前置放大電路與解調(diào)電路分開是提高系統(tǒng)抗干擾能力的一項(xiàng)重要措施;將光電轉(zhuǎn)換后的電信號放大再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,可以使解調(diào)電路遠(yuǎn)離高速旋轉(zhuǎn)機(jī)。前置放大電路由光信號接收與轉(zhuǎn)換、電信號放大整形、電信號輸出三部分組成,如圖3所示。這部分電路密封在金屬殼內(nèi),可有效防止外界電磁場的干擾。輸出的方波信號經(jīng)屏蔽線傳輸?shù)浇庹{(diào)電路。解調(diào)電路可分為接收整形電路、鎖相環(huán)解調(diào)電路、濾波輸出電路三部分,如圖4所示。
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經(jīng)導(dǎo)線傳輸來的方波信號已經(jīng)變形,整形電路需將變形的方波信號重新轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的方波,以滿足鎖相環(huán)電路的要求。鎖相環(huán)電路由CD4046構(gòu)成,其本身即是一個振蕩電路。當(dāng)沒有信號輸入時,其輸出為0;有信號輸入時,其內(nèi)部的比較器對自身的振蕩頻率和輸入信號的頻率進(jìn)行比較,輸出比較誤差電壓。誤差電壓又經(jīng)相位比較去控制自身的振蕩頻率,使之與輸入信號嚴(yán)格同步,輸出的相位比較電壓即是原被調(diào)制信號。
為了滿足測試系統(tǒng)" title="測試系統(tǒng)">測試系統(tǒng)高精度的要求,對解調(diào)出的信號進(jìn)行高頻濾波是非常重要的。因此,濾波電路采用了巴特沃夫三階低通濾波器,由LM358構(gòu)成。
2.3 抗干擾設(shè)計(jì)
測試系統(tǒng)的抗干擾措施主要有屏蔽和接地的方法,包括在電路板上增加濾波電容、設(shè)計(jì)屏蔽層等。各部分電路板要用金屬盒完全密封,其輸入輸出導(dǎo)線應(yīng)用帶屏蔽層的導(dǎo)線。金屬盒、導(dǎo)線的屏蔽層和旋轉(zhuǎn)機(jī)外殼都要接地。
3 結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)
本系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下:
紅外遙測載波中心頻率:210kHz
測量范圍:DC——0～32V;AC(峰-峰值)——0.025～1V
頻率響應(yīng)范圍:0.5～2000Hz
最大接收距離:30cm
最大接收偏角:±11°
測試失真:≤3%
經(jīng)試驗(yàn)證明,本系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,工作穩(wěn)定可靠。
4 系統(tǒng)測試
本系統(tǒng)的試驗(yàn)環(huán)境如下:
高速變頻電動旋轉(zhuǎn)機(jī)(72000rpm)?? ? 一臺
某型引信用熱電池?????????????????一枚
電池紅外遙測系統(tǒng)?????????????????一套
HP數(shù)字電壓表?????????????????????一臺
HP數(shù)字示波器?????????????????????一臺
部分測試結(jié)果如表1所示。
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由以上測試結(jié)果可以得出:
系統(tǒng)最大傳輸誤差:+0.94%
系統(tǒng)最小傳輸誤差:-0.63%
系統(tǒng)直流傳輸公式: Y=kX+a
系統(tǒng)交流傳輸公式: Y=kX
其中,Y為輸出,X為輸入,k為交流傳輸系數(shù)均值。
由結(jié)果可得:k=0.319;a=-0.161
大量的試驗(yàn)和應(yīng)用表明本測試系統(tǒng)性能指標(biāo)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的高精度信號測試,現(xiàn)已推廣使用。
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參考文獻(xiàn)
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