[實用新型]一種低頻方波周期檢測系統

有效

• 申請號: 201020597672.2
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN201897522U
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 王海峰;馬燕生;熊濤;范洪濤;董禮港;楊謙;劉凈瑜
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本實用新型涉及一種低頻方波周期檢測系統，用于低頻方波信號的高精度周期檢測。

背景技術

質量綜合測試臺是用來測試衛星、箭彈等的質量、質心及轉動慣量特性的測試設備，利用專用工裝將被測件與測試臺連接，通過改變被測件狀態，分步測出衛星的質量、質心、轉動慣量參數。質量特性綜合測試臺對轉動慣量和慣性積測量，需要對被測件扭擺低頻周期進行精確測量，扭擺低頻周期的測量精度決定了轉動慣量的測量精度。傳統的低頻頻率測量主要采用分立元件，由于分立元件較多，因此設計難度大、易出錯、精度低，并且設計完成后，若需要修改，只能重新進行電路設計、制版、焊接等工作。

實用新型內容

本實用新型的技術解決問題是：克服了傳統測試系統的不足，提供一種低頻方波周期檢測系統，提高了低頻方波周期信號的頻率檢測精度。

本實用新型的技術解決方案是：一種低頻方波周期檢測系統，包括光電隔離電路、信號整形電路、FPGA信號采集單元、ARM數據處理單元以及計算機，經由接近開關輸出的低頻方波信號先經過光電隔離電路進行信號隔離，隔離后的低頻方波信號由信號整形電路進行整形處理，FPGA對經過整形處理的低頻方波信號進行周期計數，ARM系統對FPGA的周期計數值進行處理計算得到低頻方波的周期值，計算機將該周期值進行存儲；所述的光電隔離電路由限流電阻、光電耦合芯片、限壓電阻和電容組成，在接近開關和光電耦合芯片之間接限流電阻，光電耦合芯片輸出端與供電電壓之間接限壓電阻，在光電耦合芯片輸出端與地之間接電容。

本實用新型與現有技術相比的有益效果是：本系統采用接近開關作為信號采集傳感器，通過光電隔離、信號整形后，利用FPGA和ARM完成低頻信號周期的高精度測量，FPGA內部頻率的檢測邏輯可以根據不同項目的需要，隨時進行修改，因此大大提高了系統設計的靈活性。采用該低頻方波周期檢測系統對質量特性綜合測試臺的轉動慣量測量誤差小于0.05％，試件轉動慣量+0.1kg·m2，大大提高了低頻方波周期信號的頻率檢測精度。

附圖說明：

圖1本實用新型的系統組成結構圖；

圖2為本實用新型光電隔離電路原理圖；

圖3為本實用新型信號整形電路原理圖；

圖4為本實用新型FPGA信號采集和控制原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的描述：

扭擺頻率的檢測選用接近開關，當扭擺臺轉動時，接近開關將被打開和關閉，通過檢測接近開關的打開和關閉的方波信號，即可得到扭擺周期。為了提高測量精度，本實用新型選用速度快、使用靈活的FPGA進行低頻扭擺周期采樣，采樣結果通過ARM處理器讀取，并通過串口發送到PC機，通過PC機的軟件完成轉動慣量的計算。

如圖1所示，低頻方波周期檢測系統主要包括光電隔離電路、信號整形電路、FPGA信號采集單元、ARM數據處理單元以及檢測計算機。接近開關信號經過光電隔離和信號整形后進入FPGA，FPGA通過一系列的處理后，將采樣到的周期值保存到RAM區，并發送讀取信號給ARM處理器，ARM處理器得到讀取信號后，根據FPGA的狀態位，到指定地址讀取周期值，經處理后，通過串口發送到PC機，下面詳細介紹各部分的主要功能。

由于接近開關的輸出信號是12V，而FPGA是CMOS電路，工作電壓為3.3V；因此光電隔離電路選用4N25光電隔離芯片，該芯片不但實現了電壓轉換，而且起到了內外電路的隔離，提高了該頻率檢測模塊的抗干擾能力和安全性。光電隔離電路是由限流電阻R401、光電耦合芯片IC401、限壓電阻R402和電容C401組成，電路原理見圖2。接近開關Z401、的有感距離為8-12mm，選型由工程機械尺寸決定，其一為電感式，接近目標為鐵金屬，尺寸較大；其二為霍爾半導體式，接近目標為磁鐵，尺寸較小。接近開關的供電為6-30V，其輸出方式有兩種，一種如圖2所示為PNP輸出方式；另一種為NPN輸出方式，需要改接光電耦合芯片IC401輸入電路即可。IC401為信號隔離光偶，以免有害高壓信號接入燒壞電路，選擇型號為4N25，其輸入限流電阻R401可根據供電電壓決定，當供電電壓為6V時限流電阻R401為250歐姆。光偶輸出接限壓電阻R402，根據供電電壓選1K歐姆。其輸出信號經濾波電容C401后為Vin進入下一級整形電路。