摘要：针对坦克装甲车辆传动系统旋轴的扭矩和转速测试的特点，提出了狭下空间下发动机输出轴的猝发式红外近距离测试系统发射部分电路的设计思路。

关键词：猝发式红外测试 扭矩 转速 发射电路

利用红外通信进行旋转轴动态参数测试，主要是为了满足坦克、装甲车辆狭小空间中运动部件动态参数测试的强烈需求。由于红外通信在空间和成本的优势，从上述理论研究和实车试验中证明其较高的应用价值。

猝发式红外近距离测试系统是在红外近距离测试系统的基础上，针对更加狭小的空间如发动机输出轴，提出的一种点对点式的红外数据传输的扭矩测试系统。

1 坦克发动机扭矩信号采样频率分析

坦克发动机属多缸发动机，是采用各缸顺序点火、轮流作功的方式工作。实测得到发动机输出轴上产生的力矩（扭矩）是一个随转速变化的周期信号，该信号的幅值极不规范。工程中所述扭矩为平均扭矩，定义在一个循环内（720°曲轴转角）扭矩的平均值。高速、高功率密度柴油机有6缸、8缸和12缸之分，其最高转速均不超过3000r/min，从这一目标出发选用扭矩信号频率最高的12缸发动机计算扭矩信号周期t。

当nmax=3000r/min时，

t=（10/nmax）3.33（ms）

按采样定理工程实用采样频率是信号固有频率的5～10倍的原则，以及实际运行效果的试验，取系统采样周期为500μs即采样频率为2khz。

图2 发射部分结构框图

2 猝发式红外近距离测试系统模型的建立

按图1建立猝发式红外通讯的实物模型，发射器安装在旋转轴上，接收器安装在旋转轴上，接收器可安装在轴向和径向两个方向的适当位置，其计算分析相似，由于径向安装比较方便，故安装在径向。

图1中 β——接收器的接收半角；

r——旋转轴的半径；

α——发射器的发射半角；

l——接收器与发射器的最小距离；

θ——发射器和接收器分别与圆心连线的夹角；

a——红外接收管；b、c——红外发射管。

弧长bc（设为s）与通讯时间成正比，故弧长s的大小决定了通讯时间的长短，称弧长s为发射窗口。由模型知θ决定了发射窗口的大小（当r一定时），只有当α小于或等于发射器的最大发射半角时，发射器发出的红外光才能被接收器直接接收。目前使用发射器的最小发射半角为15°。当α=15°时，由三角形oab可知：

(sinβ)/r=sin(π-15°)/(r+l) （1）

sinβ=r/(r+l)sin15° (2)

θ+β=15° （3）

故θ=15°-β

t=2rθ/(rω)=(2θ)/ω (4)

由于θ与有效通讯弧长ab成正比，而弧长ab又与通讯时间成正比，故增大θ可增长通讯时间。由上式可知，增大θ有两种方法：减小r，或增大l。

设轴的角速度为ω（rad/s），一转中采样的数据个数n，每个数据占有m位，红外通讯传输的波特率为v（bit/s），发送n个数据需要时间为tall(s)，发射器通过发射窗口的时间（即有效通讯时间）为t（s），则一转中发射数据所需总时间为：

tall=(mn)/v （5）

如设转速为3000r/min，2θ=30°，由（4）式得：

t=1.67ms

设n=200，即采样频率

f=200sps/r×(3000r/min)/60=10ksps

若m=16,v=2mb/s，

得：

tall