傳統(tǒng)的接觸式測量難以滿足高溫高旋等惡劣工況的使用要求,因此需要采用小型近距離遙測系統(tǒng)進行間接測量。為滿足我國航空及工業(yè)發(fā)動機在高溫高旋環(huán)境下對溫度、應力應變等關(guān)鍵參數(shù)的實時測量需求,旨在研究一種可在高旋高振動及超高溫環(huán)境下可靠工作的多通道、大容量傳感采集存儲及無線充電與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),解決高溫高旋環(huán)境下傳感采集存儲系統(tǒng)的信號傳輸與供電、采集存儲測量系統(tǒng)可靠封裝與連接等問題。本課題針對向旋轉(zhuǎn)部件遙測系統(tǒng)供電以及遙測數(shù)據(jù)傳輸兩個難點,展開了無線感應供電技術(shù)與無線紅外數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究,并且針對大容量傳感采集存儲系統(tǒng)所受到的力熱環(huán)境及信號傳輸與供電問題,提出了陣列式輪盤對稱結(jié)構(gòu)、軸對稱光傳輸及無線供電一體化微型結(jié)構(gòu)。在無線感應供電技術(shù)研究中,利用Maxwell和Simplorer仿真軟件對Qi標準電磁感應式無線充電系統(tǒng)進行了聯(lián)合仿真研究,實現(xiàn)了前期的原型設(shè)計驗證,且進行了基于P9242-R（發(fā)射器）和P9221-R（接收器）的無線感應供電系統(tǒng)設(shè)計。在紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究中,基于FPGA和紅外發(fā)射器TFDU6102,實現(xiàn)了4PPM編碼下4Mbps數(shù)據(jù)傳輸。在對微型化多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究中... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

航空發(fā)動機渦輪葉片

?000rpm且壽命短。電刷式集流器在進行數(shù)據(jù)傳輸時，有較好的工作性能，也能適用于較高轉(zhuǎn)速下的信號傳輸，而限制電刷式集流器在高速旋轉(zhuǎn)部件中使用的不足之處在于：在高溫高旋環(huán)境下使用電刷集流器時，定子和轉(zhuǎn)子之間的高速摩擦會產(chǎn)生發(fā)熱和噪聲，導致信號漂移，同時高振動降低了電刷和滑環(huán)之間接觸的可靠性，這同樣會造成測量誤差。感應式數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硎峭ㄟ^電磁耦合的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號得傳輸，該方式的物理設(shè)計常常是分別在旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)軸與傳輸系統(tǒng)的基座上并排地布置兩個線圈，并且讓兩個線圈的軸線在同一直線上，如圖1-2所示。當交變電流信號通過基座上的線圈時，電磁感應將在旋轉(zhuǎn)部件一側(cè)的線圈中產(chǎn)生交變的感應電動式，以此實現(xiàn)信號的傳輸。由于線圈及磁芯均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)情況下通過次邊的磁力線不會發(fā)生改變，因此保證了信號傳遞不會受到轉(zhuǎn)速的影響[13,14]。然而因為這種數(shù)據(jù)傳輸采用是電磁耦合方式，信號的載波頻率受到磁芯截止頻率的限制，而目前最高磁芯截止頻率也非常低，從而使數(shù)據(jù)傳輸速率受到極大的限制，因而感應式數(shù)據(jù)傳輸難以滿足高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。圖1-2旋轉(zhuǎn)部件電磁耦合數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硎疽鈭DFigure1-2Schematicdiagramofelectromagneticcouplingdatatransmissionofrotatingparts在近期的旋轉(zhuǎn)部件參數(shù)測量系統(tǒng)中，采用的數(shù)據(jù)傳輸主要有兩種，分別是無線電數(shù)

中北大學學位論文6據(jù)傳輸方式與光電數(shù)據(jù)傳輸方式。其中，無線電數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是以無線電波作載波的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，典型無線電傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示[15]。在風力發(fā)電機應用中，采集渦輪轉(zhuǎn)子上的數(shù)據(jù)也采用了無線電技術(shù)。目前，國內(nèi)無線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽�，大多�?shù)的硬件架構(gòu)均為采用微控制器加上射頻收發(fā)模塊來實現(xiàn)[16,17]。采用無線電數(shù)據(jù)傳輸方式進行數(shù)據(jù)的傳輸時，若要向遠距離傳輸則在向外發(fā)射電磁波時需要較大的功率輸出，因而此種數(shù)據(jù)傳輸方式的不足在于：功耗大，容易與外界其他電路進行相互干擾。此外，射頻收發(fā)模塊這部分的電路較為復雜，不僅需要安裝專門的天線，而且存在采購相關(guān)芯片模塊的成本較高的問題。綜上所述，在一些高速傳輸場合，尤其是在安裝空間狹孝傳輸距離較近且存在著強電磁干擾的條件下，采用無線電數(shù)據(jù)傳輸方式就會受到很多的限制。圖1-3典型無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure1-3Typicalwirelesstransmissionsystemstructure光波與無線電波本質(zhì)上都是電磁波，但光波處于電磁波譜的光區(qū)段，分紅外光、可見光和紫外光。但光波的頻率遠高于極高頻無線電波，可利用的帶寬大約是無線電的105倍[18]。在進行光電數(shù)據(jù)傳輸時，背景光容易干擾到可見光的傳輸，因此采用光電耦合數(shù)據(jù)傳輸方式進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，主要采用的是紅外光和紫外光作為載波來進行數(shù)據(jù)的傳輸。又由于紫外線穿透性非常強，會對人體會造成輻射危害，所以紫外線無線數(shù)據(jù)傳輸主要應用于自由空間的數(shù)據(jù)通信，尤其是在軍事領(lǐng)域上。上述實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟蛔阒幦绫?-2所示。而國內(nèi)外對紅外光的研究都較早，技術(shù)成熟且應用廣泛，市面上也有較多的紅外傳輸器件可供選擇和設(shè)計參考。所以，綜上所述，本文采用紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來進行數(shù)據(jù)的傳輸。

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