专利名称：基于无线激光通信的旋转机械参数遥测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线激光通信技术领域，具体的说是一种基于无线激光通信的 旋转机械参数遥测方法及系统。应用于航空发动机转子、直升机旋翼等高速旋转机械 的高速参数遥测。
背景技术：
在航空发动机等包含转动部件的机械装置的研究、设计及应用过程中，常需要测量 温度、压力、疲劳应变等诸多参数，国内几个主要的航空发动机设计研究所、航空高等 院校、燃气轮机生产厂家均先后提出对该种旋转机械特种测试技术的需求。旋转机械参 数遥测系统的设计有两个关键技术， 一个是数据传输技术， 一个是电能传输技术，这里 重点介绍前者，数据传输技术包括接触式和非接触式，传统的数据传输技术有以下缺点a) 电刷式集流器等接触式测量方法，不能满足航空发动机、直升机旋翼等旋转机械.. 在高速工况下的使用要求。b) 无线电等非接触测量方法，适合于高速旋转机械的参数测量，但频带有限，抗干 扰能力差，不能满足航空发动机转子等的髙速参数遥测。无线激光通信是近年来出现的一种新兴技术，其原理是载波光信号通过大气作为传 输信道完成点到点或点到多点的信息传输。该技术一般采用半导体激光器为光源，所构' 成的通信系统为无线数字通信系统，主要用于周定点使用。这种通信方式与无线电通信 相比具有数据传输速率髙、无电磁干扰及可靠性高等优点。随着技术的不断完善和新器 件的不断出现，无线激光通信已成为当今信息技术的一大热门技术，其作用和地位已能 和光纤通信、微波通信相提并论。经对现有技术的文献检索发现，严后选等在《传感器与微系统》2006年第25卷第8' 期上发表了 "旋转机械数据采集的无线数据传输技术研究"，文中自述在旋转条件下采 用近距离红外通信技术实现了 5.8Mbps的数据传输速率。这种方法和一般的无线电传输 方法相比传输速率有所提升，但红外通信容易受到背景光的干扰，数据传输速率的提升 空间也有限。中国专利公开号为CN 101111754A，专利名称为用于在旋转机械的旋转部分上测量的数据的无线数据传输的设备和方法，其特征在于釆用蓝牙模块实现参数遥 测。由于蓝牙模块采用的是射频通信，仍然有抗干扰能力差的缺点，并且蓝牙模块的通 信速率也不够高，不能满足高速参数遥测的需求。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种基于无线激光通信的旋转机械参 数遥测系统，应用于航空发动机转子、直升机旋翼等高速旋转机械的高速参数遥测。 2、 一种基于无线激光通信的旋转机械参数遥测方法，其特征是包括以下步骤(1) 、在旋转机械的转子上，将遥测信号经串行化编码后，利用无线激光通信发射模 块进行电光转换并发射信号；(2) 、安装在地面上的无线激光通信接收模块接收上述信号，并经转换后通过光纤接 口输入计算机进行解码、分析。一种基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于包括(1) 发射端包括安装于转子内的信号编码模块，安装于转子端面且其输入接口通过 髙速电缆与所述信号编码模块相连的无线激光通信发射模块；(2) 接收端包括无线激光通信接收模块、与其相连用于将其接受的未经解码的遥测 数据转换为可以驱动光纤发射模块的电信号的信号转接模块、光纤通信发射模块、光纤、 计算机。本发明的优点1) 安装在转子轴心的无线激光通信发射模块体积、质量都较小，当转子高速旋转时 产生的附件离心力小；此外，无线激光通信属于非接触的数据传输方法，这些特点使得 本发明适用于髙速旋转机械的参数遥测。2) 无线激光通信与无线电通信相比具有数据传输速率高、无电磁干扰及可靠性高等 优点，其数据传输速率一般可达几百Mbps，因此本发树能够满足旋转机械的高速参数遥 测需求。
附图l是本发明的结构框图。 附图2是无线激光通信发射模块的电路功能框图。附图3是无线激光通信接收模块的电路功能框图。 附图4是信号转接模块的电路功能框图。其中标号名称l旋转机械转子，2无线激光通信发射模块，3无线激光通信接收模 块，4信号转接模块，5光纤通信发射模块，6光纤，7计算机，8高速电缆，9信号 编码模块。
具体实施例方式图l为本发明的结构框图，包括转子l,无线激光通信发射模块2，无线激光接收模 块3，信号转接模块4，光纤通信发射模块5，光纤6，带光纤接口的计算机7，高速电缆 8及信号编码模块9等九个部分，下面结合本发明的技术方案详细介绍实施步骤1) 如图l所示，在旋转机械的转子的轴心制作一个用于安装无线激光通信发射模块 的安装孔，在安装孔的周围有定位螺钉。2) 如图l所示，在转子上安装有信号编码模块，该模块釆用HDMP1032芯片对遥测 参数进行串行化编码，编码后的数据用高速电缆CAT5E传递到无线激光通信发射模块。3) 如图2所示，无线激光发射模块的驱动电路选用MAX3668专用激光驱动芯片，该 芯片内部集成了自动功率控制电路，可自动控制调制电流保证激光器的输出功率恒定； 半导体激光器选用ATO-01001,该激光器的峰值功率为IO酵，典型波长为1310nm，带宽 为622Mbps,在本实施例中激光器的发射功率被预设为5mw;接口电路采用与驱动芯片输 入电平匹配的LVPECL电平接口；光学发射天线选用一般的光東调制透镜即可。制作好无 线激光通信发射模块的应用电路后，用金属外套对其封装，保证发射透镜主光轴与半导 体激光器的主光轴重合。4 )如图3所示，无线激光通信接收模块3的放大电路选用MAX3762专用限幅放大器， 该放大器内部集成了光信号阈值探测电路，当光能量低于预设值时会输出无光报警信号； 光电二极管选用VPD-P015-1923,该光电二极管为PIN型，内部集成了跨阻放大器，典型 波长为1310nm,带宽为1.2Gbps，灵敏度为-23dBm，限幅放大器与光电二极管之间采用, 交流耦合；接口电路采用与放大芯片输出电平匹配的LVPECL电平接口；光学接收天线选 用一般的聚光透镜即可，在镜头表面镀膜用来减少背景光的干扰。制作好无线激光通信 接收模块的应用电路后，用金属外套对其封装，保证接收透镜主光轴与光电二极管的主光轴重合。5)如图1所示，光纤通信发射模块采用NM3444,该模块釆用FC插拔型单模光纤接 口，发射波长为1310mn，设计工作速率为622Mbps,接口电平为LVPECL;光纤选用与光 纤通信发射模块配套的单模光纤；计算机内部的光纤板卡上集成了和串行编码器 HDMP1032对应的解串器HDMP1034。6 )如图4所示，信号转接模块釆用电阻网络实现LVPECL输出电平到LVPECL输入电 平的转换，无线激光通信接收模块的输出信号经转换后可以直接驱动光纤通信发射模块。7) 由于本发明中的应用电路都属于高速电路，实施过程中采用了多层电路板、高 速电缆及接插件，阻抗控制等高速电路设计方法，有效的保证了信号完整性和电源完整 性。此外，为了适应高速旋转工况，减少附加离心力，转轴上的应用电路应设计的简单、 紧凑，安装位置应尽量靠近转轴中心。8) 按照图1的结构对所有模块进行组装。首先，把无线激光通信发射模块安装到转 子的安装孔内，并用定位螺钉对其定位，保证激光器主光轴与转轴轴线重合，用CAT5E 电缆连接信号编码模块和发射模块；其次，将信号转接模块固定在一个可以自由调节的 支架上，将无线激光通信接收模块及光纤通信发射模块安装在信号转接模块上，调节支 架使无线激光通信接收模块光电二极管的主光轴与转轴轴线重合，并使光学收、发天线 之间的距离大约为10厘米。最后，用光纤连接光纤通信发射模块和带光纤接口的计算机。最后，对本实施例进行了实验验证，结果显示在旋转工况下数据传输速率达到了 300Mbps,误码率小于l(T"。
权利要求
1. 一种基于无线激光通信的旋转机械参数遥测方法，其特征是包括以下步骤(1)、在旋转机械的转子上，将遥测信号经串行化编码后，利用无线激光通信发射模块进行电光转换并发射信号；(2)、安装在地面上的无线激光通信接收模块接收上述信号，并经转换后通过光纤接口输入计算机进行解码、分析。
2、 一种基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于包括(1) 发射端包括安装于转子内的信号编码模块(9)，安装于转子端面且其输入接口 通过高速电缆(8)与所述信号编码模块(9)相连的无线激光通信发射模块(2);(2) 接收端包括无线激光通信接收模块(3)、与其相连用于将其接受的未经解码的 遥测数据转换为可以驱动光纤发射模块的电信号的信号转接模块(4)、光纤通信发射模. 块(5)、光纤(6)、计算机(7)。
3、 根据权利要求2所述的基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于 所述无线通信激光发射模块包括接口电路、激光驱动电路、半导体激光器、光学发射 天线。
4、 根据权利要求3所述的基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于 所述半导体激光器的主光轴与转子轴线重合。
5、 根据权利要求2所述的基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于 所述无线通信激光接收模块包括光学接收天线、光电二极管、信号放大电路、接口电 路。
6、 根据权利要求5所述的基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于 所述光电二极管的主光轴与转子轴线重合。
7、 根据权利要求2所述的基于无线激光通信的旋转机械参数遥测系统，其特征在于 所述信号转接模块包括无线激光通信接收模块接口、差分电阻网络、光纤通讯发射模' 块接口。
全文摘要
一种基于无线激光通信的旋转机械参数遥测方法及系统，包括转子(1，无线激光通信发射模块2，无线激光通信接收模块3，信号转接模块4，光纤通信发射模块5，光纤6，带光纤接口的计算机7，高速电缆8及信号编码模块9等九个部分。在转子上无线激光通信发射模块对经信号编码模块编码后的遥测数据进行电光转换，在地面上，无线激光通信接收模块对接收到的光信号进行光电转换得到未经解码的遥测信号，进一步通过信号转接模块、光纤通信发射模块及光纤将其传递到计算机进行解码、分析。本发明具有非接触测量、数据传输速率高、无电磁干扰及可靠性高等优点，能够满足航空发动机等旋转机械的高速参数遥测需求。
文档编号H04B10/04GK101281682SQ20081002539
公开日2008年10月8日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者刘冬冬, 张天宏, 黄向华 申请人:南京航空航天大学