用光信號同步的間接測量方法和結(jié)構(gòu)

本設(shè)計采用了一種間接的測量方法，不需要將2個現(xiàn)場交流信號引入到同一個設(shè)備，即測量過程是分別在各個信號的回路獨立進(jìn)行的。這種間接的測量方法的條件是必須有一個同步信號作為測量基準(zhǔn)，這樣才能在各個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)包含一個主機(jī)和幾個測量部件。主機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，而測量部件的數(shù)量取決于實際測量的需要(例如在測量六角圖時，就應(yīng)該是6個測量部件)，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。它主要依靠一個光發(fā)射器和一個光接收器構(gòu)成通信接口，單片機(jī)的輸出端經(jīng)過反相器驅(qū)動以后控制光發(fā)射器向測量部件發(fā)出調(diào)制光信號。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)制光信號進(jìn)行解調(diào)，單片機(jī)則可以通過程序識別編碼信號。光發(fā)射器主要用來啟動測量過程，而光接收器則實現(xiàn)主機(jī)與測量部件之間的數(shù)據(jù)通信。

每個測量部件也是一個由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轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的方波信號。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/計數(shù)器，可以測量到相關(guān)的時間值，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現(xiàn)測量,同時完成與主機(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，向各個測量部件發(fā)出紅外光同步信號啟動測量，另一方面各個部件完成測量以后，通過紅外光通信將各個部件的測量數(shù)據(jù)匯總到主機(jī)，然后進(jìn)行計算以確定被測參數(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差，只需建立每個參數(shù)和光同步信號之間的時間關(guān)系，再通過計算求出時差?；芈凡辉傩枰陔娐飞系倪B接，僅僅依靠一個光同步信號就能夠間接地測量到多個測量回路參數(shù)之間的相位關(guān)系。

這種方式的優(yōu)點在于：各個測量回路不再需要參考點的連接，回路相對獨立，分別測量各自的交流信號過零時刻與光同步信號之間的時間差，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，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。光信號除了作為同步信號外，還作為數(shù)據(jù)傳輸通道，各個測量回路將測量數(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

在一個測量周期開始，由主機(jī)控制光發(fā)射器發(fā)出一個同步紅外光信號，測量部件的光接收器都能在同一時刻接收到這一信號，各個測量部件的單片機(jī)會同時啟動進(jìn)行各自的測量過程，完成測量過程后，再由各個部件的單片機(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)，最后通過計算后主機(jī)就顯示相應(yīng)的數(shù)字值，至此完成一個測量周期。