旋转部件无线遥系统的若干关键技术研究.pdfVIP

南京航空航天大学博士论文 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 I 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。 关键词：旋转部件，无线遥测，红外无线数据传输，激光光源数据传输， 信息编码，旋转非接触电能传输 II 南京航空航天大学博士论文 Abstrat A special data acquisition system is required during researching on the rotary machine, such as the aeroengine rotor. For the advantage of longevous, fitting for high rotate speed, the telemetry system for rotary machine was researched. Especially the wireless data communication and the contactless power transmission were resea