CN107084753A - 一种基于dsp的比除式光纤高精度测频传感器 - Google Patents

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侯大勇
李青海
简宋全
邹立斌
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Abstract

本发明涉及转子转动频率测量技术领域，提供了一种能够实现高精度测量的传感器，包括激光光源，用于发射激光到光纤探头；光纤探头，包括发射光纤和两组接收光纤，发射光纤将接收到的激光发射到待测转子叶片上，接收光纤用于接收经转子叶片反射后的反射激光；前置电路，用于接收光纤探头传递的两组反射激光，将两组激光进行运算得到电压实时比值；DSP芯片，对电压实时比值进行处理，得出电压频率，再经过线性转换后得到转速。

Description

一种基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器
技术领域
本发明涉及转子转动频率测量技术领域，具体为一种光纤高精度测频传感器。
背景技术
自身没有旋转轴的物体在采用刚性连接或附加轴时即可视为一个转子，而转子作为电动机的旋转部分，是一个重要的部件。通常转子有转轴、转子铁芯和转子绕组组成。而转子转动频率是社会生活、生产实际中特别重要的参数之一。
而为了测量转子的频率，市场上出现了各具特色的频率测量仪器，而为了适应高压和强电磁干扰环境，通常会采用具有良好绝缘特性和抗干扰能力的光纤传感器进行测量。然而，由于光波在光纤的传递过程中存在有不同程度的损耗，部分光源还会耦合到光纤中，这样一来就造成了光源功率的不稳定，会使得光纤信号不能完全反应待测转子转频信号，无法实现高精度微频率的测量，因此急需一种可以实现高精度测量的传感器。
发明内容
本发明意在提供一种能够实现高精度测量的传感器。
本发明提供基础方案是：一种基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，包括激光光源，发射激光到光纤探头；
光纤探头，包括发射光纤和两组接收光纤，发射光纤将接收到的激光发射到待测转子叶片上，接收光纤用于接收经转子叶片反射后的反射激光；
前置电路，用于接收光纤探头传递的两组反射激光，将两组激光进行运算得到电压实时比值；
DSP芯片，对电压实时比值进行处理，得出电压频率，再经过线性转换后得到转速。
本发明提供的测量传感器，相比现有的测量***，1.采用两组接收光纤结构，对两组接收光纤中的信号进行处理，可以有效消除反射率、光源耦合、光纤中的光损耗等因素的影响，可实现高精度微频率的测量；2.利用前置电路对发射后的信号进行处理得到两路电压的电压实时比值，再利用DSP芯片进行数据处理后，保证测频结果更加精确可靠。
优选方案一：作为基础方案的优选，前置电路包括两组光电转换电路、两组滤波放大电路和除法电路，两组光电转换电路分别将两组接收光纤传递来的反射激光转换得到两组转换电压；两组转换电压再分别经过滤波放大电路后得到两组放大电压；除法电路对两组放大电压进行比除运算后得到两路电压的电压实时比值。有益效果：光电转换电路进行光电转换后得到两组转换电压，两组转换电压分别经过滤波放大电路经过滤波放大后得到两组放大电压，两组放大电压除法电路后得到比除后的两路电压的电压实时比值，利用除法电路有效的消除了发射率、光源耦合、光纤中二代光损耗因素的影响，保证了测量的准确。
优选方案二：作为基础方案的优选，光纤探头以反射光纤为轴心，两组接收光纤同轴设置。有益效果：采用同轴设置，可以保证光纤探头结构紧凑，体积小。
优选方案三：作为基础方案的优选，光纤探头的两组光纤为同种光纤。有益效果：同种光纤中的光损耗默认一致，因此可以默认进入到前置电路的激光不受光损耗的影响，保证了计算后的信号的精准。
优选方案四：作为基础方案的优选，还包括用于将电压实时比值调整到0～3V之间的限制电压幅值电路。有益效果：利用限制电压幅值电路将电压实时比值0～3V之间，便于后续的DSP芯片对该信号进行处理。
优选方案五：作为优选方案四的优选，模拟信号处理模块还包括低通滤波电路。有益效果：低通滤波电路可以排除环境中高频噪声的干扰，进一步保证测量结果的准确。
附图说明
图1为本发明一种基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器的结构示意图；
图2为图1中光纤探头的截面图；
图3为实施例示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：激光光源1、光纤探头2、前置处理电路3、DSP芯片4、上位机5、发射光纤6、第一组接收光纤7、第二组接收光纤8、待测转子顶部机匣9、转子叶片10。
如图1所示的一种基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，包括：包括激光光源1，发射激光到光纤探头2；
光纤探头2，如图2所示，包括一根发射光纤6和两组接收光纤，每组包含六根光纤，第一组接收光纤7分布于发射光纤6的外侧，第二组接收光纤8分布于第一组接收光纤7的外侧，发射光纤6与第一组接收光纤7的任意一根光纤的距离为d，发射光纤6与第二组接收光纤8的光纤距离为发射光纤6将接收到的激光发射到待测转子叶片10上，接收光纤用于接收经转子叶片10反射后的反射激光；
前置电路，包括两组光电转换电路、两组滤波放大电路、除法电路、限制电压幅值电路和低通滤波电路，两组光电转换电路分别将两组接收光纤传递来的反射激光转换得到两组转换电压，两组转换电压再分别经过滤波放大电路后得到两组放大电压，除法电路对两组放大电压进行比除运算后得到两路电压的电压实时比值；限制电压幅值电路和低通滤波电路分别对对该电压实时比值进行电压幅值修正和模拟滤波；
DSP芯片4，本发明中选用TMS320F28335，其内部集成有68k*16bit的RAM、256K*16bit的FLASH、16路12bit且最大采样速率12.5MSPS的A/D及16路PWM输出模块，用于对滤波后的信号进行数据处理：模拟滤波后的信号被DSP芯片4内部的A/D转化模块转化为数字信号后，对该数字信号进行FIR数字滤波和FFT计算，得出输入电压的频率，即为转子叶片的转动频率，再将该频率进行线性转换即可得出转速。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：包括激光光源，发射激光到光纤探头；
光纤探头，包括发射光纤和两组接收光纤，所述发射光纤将接收到的激光发射到待测转子叶片上，所述接收光纤用于接收经转子叶片反射后的反射激光；
前置电路，用于接收光纤探头传递的两组反射激光，将两组激光进行运算得到电压实时比值；
DSP芯片，对电压实时比值进行处理，得出电压频率，再经过线性转换后得到转速。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：所述前置电路包括两组光电转换电路、两组滤波放大电路和除法电路，
所述两组光电转换电路分别将两组接收光纤传递来的反射激光转换得到两组转换电压；
所述两组转换电压再分别经过滤波放大电路后得到两组放大电压；
所述除法电路对两组放大电压进行比除运算后得到两路电压的电压实时比值。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：所述光纤探头以反射光纤为轴心，两组接收光纤同轴设置。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：所述光纤探头的两组光纤为同种光纤。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：还包括用于将所述电压实时比值调整到0～3V之间的限制电压幅值电路。
6.根据权利要求5所述的基于DSP的比除式光纤高精度测频传感器，其特征在于：所述模拟信号处理模块还包括低通滤波电路。
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