猝发式红外近距离测试系统发射部分电路设计 来源：今日电子/孙运强 祖 静2006-11-03

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。

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=(200×16)/2m=1.6ms

由于tall<t，该模型可物理实现。

3 发射部分电路设计

上面通过对发动机输出功率信号进行分析，确定了采样频率，进而估算出存储器的最小存储容量，并建立了数据传输模型。采用猝发方传输数据，需要存储轴旋转一转所采集的所有数据，然后在发射窗口将数据发送给接收器，实现数据的瞬发。其特点是不需要安装一个圆周的接收器，如果所测轴半径较大或被测环境较紧凑，则近场遥测是不易实现的。而猝发遥测只需一个或几个接收器就能达到目的。

发射部分的结构框图如图2，这部分发现扭矩信号的采集、数字信号的编码，并将采集数据放在fifo存储器中。当红外发射管接收到取数码命令后，如果采集电路断电，入于低功耗状态，则通知电源管理器打开电源vcc，让采集电路开始工作；如果采集电路已经开始工作，则会的开取数时钟，让fifo移出数据，送给红外发光管发送给接收器。

3.1 数据的存储

由于采用猝发方式进行数据的传输，需要设计一个存储器将一转中所采集的数据先存放起来，当发射器经过发射窗口时，将数据实时地传输给接收器。存储器是发射部分的关键元件之一，它的选取直接关系