光信號同步的間接測量方法和結構時(shí)間

用光信號同步的間接測量方法和結構

本設計采用了一種間接的測量方法，不需要將2個(gè)現場(chǎng)交流信號引入到同一個(gè)設備，即測量過(guò)程是分別在各個(gè)信號的回路獨立進(jìn)行的。這種間接的測量方法的條件是必須有一個(gè)同步信號作為測量基準，這樣才能在各個(gè)獨立回路的測量回路之間建立起關(guān)聯(lián)，以便最后測量出Δtx和T0。在這里采用的是紅外光信號進(jìn)行同步相位測量的方法，利用光信號作為同步信號源，不需要在電路上的連接關(guān)系就可以進(jìn)行同步，同時(shí)還可以利用它作為數據通信的載體。

本系統包含一個(gè)主機和幾個(gè)測量部件。主機是系統的核心部分，而測量部件的數量取決于實(shí)際測量的需要(例如在測量六角圖時(shí)，就應該是6個(gè)測量部件)，主機是由MCS-51系列的AT89C51單片機為主體的部分，外圍電路比較簡(jiǎn)單。它主要依靠一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)光接收器構成通信接口，單片機的輸出端經(jīng)過(guò)反相器驅動(dòng)以后控制光發(fā)射器向測量部件發(fā)出調制光信號。而單片機的輸入直接與光接收器相連，光接收器把測量部件發(fā)來(lái)的調制光信號進(jìn)行解調，單片機則可以通過(guò)程序識別編碼信號。光發(fā)射器主要用來(lái)啟動(dòng)測量過(guò)程，而光接收器則實(shí)現主機與測量部件之間的數據通信。

每個(gè)測量部件也是一個(gè)由AT89C51單片機為核心的智能化的測量電路，其外圍部分主要包括光發(fā)射器、光接收器和測量電路(如圖1所示)。測量電路是由OP07組成的放大電路和LM311組成的整形電路組成，主要功能是將交流信號轉換為相應的方波信號。方波的輸出與單片機的I/O線(xiàn)相連接，利用單片機內部的定時(shí)/計數器，可以測量到相關(guān)的時(shí)間值，進(jìn)而計算出相位角。光發(fā)射器和光接收器的作用主要是實(shí)現測量,同時(shí)完成與主機的雙向通信。

圖1 測量部件的電路原理框圖

間接測量法的原理

主機一方面控制測量過(guò)程，向各個(gè)測量部件發(fā)出紅外光同步信號啟動(dòng)測量，另一方面各個(gè)部件完成測量以后，通過(guò)紅外光通信將各個(gè)部件的測量數據匯總到主機，然后進(jìn)行計算以確定被測參數，即引入三維變量的間接測量方式取代直接測量法。這種間接測量方式不再需要直接測量時(shí)差，只需建立每個(gè)參數和光同步信號之間的時(shí)間關(guān)系，再通過(guò)計算求出時(shí)差?；芈凡辉傩枰陔娐飞系倪B接，僅僅依靠一個(gè)光同步信號就能夠間接地測量到多個(gè)測量回路參數之間的相位關(guān)系。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：各個(gè)測量回路不再需要參考點(diǎn)的連接，回路相對獨立，分別測量各自的交流信號過(guò)零時(shí)刻與光同步信號之間的時(shí)間差，以作為相位測量的基本參數。它們之間的關(guān)聯(lián)不是靠電路形式的連接，而是依靠光信號，這樣就可以杜絕回路之間的短路發(fā)生，另外，還可以減少儀器的連線(xiàn)。光信號除了作為同步信號外，還作為數據傳輸通道，各個(gè)測量回路將測量數據通過(guò)光的傳輸，集中在主機部分最終完成參數的數值顯示。

工作過(guò)程

在一個(gè)測量周期開(kāi)始，由主機控制光發(fā)射器發(fā)出一個(gè)同步紅外光信號，測量部件的光接收器都能在同一時(shí)刻接收到這一信號，各個(gè)測量部件的單片機會(huì )同時(shí)啟動(dòng)進(jìn)行各自的測量過(guò)程，完成測量過(guò)程后，再由各個(gè)部件的單片機依次將測量數據傳送回主機，主機單片機通過(guò)光接收頭，依次接收到各個(gè)測量部件的數據并匯總這些基本數據，最后通過(guò)計算后主機就顯示相應的數字值，至此完成一個(gè)測量周期。