光信號(hào)同步的間接測量方法和結(jié)構(gòu)時(shí)間

用光信號(hào)同步的間接測量方法和結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用了一種間接的測量方法，不需要將2個(gè)現(xiàn)場交流信號(hào)引入到同一個(gè)設(shè)備，即測量過程是分別在各個(gè)信號(hào)的回路獨(dú)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(hào)作為測量基準(zhǔn)，這樣才能在各個(gè)獨(dú)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(hào)進(jìn)行同步相位測量的方法，利用光信號(hào)作為同步信號(hào)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(shù)據(jù)通信的載體。

本系統(tǒng)包含一個(gè)主機(jī)和幾個(gè)測量部件。主機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，而測量部件的數(shù)量取決于實(shí)際測量的需要(例如在測量六角圖時(shí)，就應(yīng)該是6個(gè)測量部件)，主機(jī)是由MCS-51系列的AT89C51單片機(jī)為主體的部分，外圍電路比較簡單。它主要依靠一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)光接收器構(gòu)成通信接口，單片機(jī)的輸出端經(jīng)過反相器驅(qū)動(dòng)以后控制光發(fā)射器向測量部件發(fā)出調(diào)制光信號(hào)。而單片機(jī)的輸入直接與光接收器相連，光接收器把測量部件發(fā)來的調(diào)制光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，單片機(jī)則可以通過程序識(shí)別編碼信號(hào)。光發(fā)射器主要用來啟動(dòng)測量過程，而光接收器則實(shí)現(xiàn)主機(jī)與測量部件之間的數(shù)據(jù)通信。

每個(gè)測量部件也是一個(gè)由AT89C51單片機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的方波信號(hào)。方波的輸出與單片機(jī)的I/O線相連接，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以測量到相關(guān)的時(shí)間值，進(jìn)而計(jì)算出相位角。光發(fā)射器和光接收器的作用主要是實(shí)現(xiàn)測量,同時(shí)完成與主機(jī)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(jī)一方面控制測量過程，向各個(gè)測量部件發(fā)出紅外光同步信號(hào)啟動(dòng)測量，另一方面各個(gè)部件完成測量以后，通過紅外光通信將各個(gè)部件的測量數(shù)據(jù)匯總到主機(jī)，然后進(jìn)行計(jì)算以確定被測參數(shù)，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(shù)和光同步信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系，再通過計(jì)算求出時(shí)差。回路不再需要在電路上的連接，僅僅依靠一個(gè)光同步信號(hào)就能夠間接地測量到多個(gè)測量回路參數(shù)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(duì)獨(dú)立，分別測量各自的交流信號(hào)過零時(shí)刻與光同步信號(hào)之間的時(shí)間差，以作為相位測量的基本參數(shù)。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(hào)，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。光信號(hào)除了作為同步信號(hào)外，還作為數(shù)據(jù)傳輸通道，各個(gè)測量回路將測量數(shù)據(jù)通過光的傳輸，集中在主機(jī)部分最終完成參數(shù)的數(shù)值顯示。

工作過程

在一個(gè)測量周期開始，由主機(jī)控制光發(fā)射器發(fā)出一個(gè)同步紅外光信號(hào)，測量部件的光接收器都能在同一時(shí)刻接收到這一信號(hào)，各個(gè)測量部件的單片機(jī)會(huì)同時(shí)啟動(dòng)進(jìn)行各自的測量過程，完成測量過程后，再由各個(gè)部件的單片機(jī)依次將測量數(shù)據(jù)傳送回主機(jī)，主機(jī)單片機(jī)通過光接收頭，依次接收到各個(gè)測量部件的數(shù)據(jù)并匯總這些基本數(shù)據(jù)，最后通過計(jì)算后主機(jī)就顯示相應(yīng)的數(shù)字值，至此完成一個(gè)測量周期。