[发明专利]旋转件非接触式双向多路信号和功率同步传输系统及方法

说明书

技术领域

本发明的旋转件非接触式双向多路信号和功率同步传输系统及方法属旋转件机械结构系统的监测和控制技术。

背景技术

要对旋转件机械系统进行结构健康监测和闭环实时振动主动控制，就需要将多路测量信号、多路控制信号以及控制所需的电源等在旋转部件和固定机座之间进行相互传递。迄今为止，进行旋转件信号传输的主要有集流环方式和遥测遥控方式两种。利用集流环方式进行数据传输存在工作可靠性差、信号容易受干扰，需要经常维护和更换，增加传输通道数需要对结构进行更改等缺点；遥测遥控方式，一般是用来将采集到的旋转部件的多路信号传输到地面，但对多路的实时模拟控制信号作反向传输还很困难，特别是不能进行功率传输，不能为旋转部件提供控制所需能源，因而也无法对旋转件进行实时的闭环控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是研制一种工作可靠、抗干扰能力强、可长期免于维护，能对旋转件进行监测和控制的非接触式双向多路信号与功率同步传输系统及方法，以满足各种旋转机械结构的健康监测、闭环振动主动控制和其它闭环主动控制的需要。为解决上述技术问题，本系统的组成包括固定于旋转件上随转轴一起转动的旋转件上的综合信号调理电路，包括传感器连于信号放大器后再连于与非接触信号耦合器下行通道动圈相连的调制器和驱动器连于功率放大器后再连于与非接触信号耦合器上行通道动圈相连的调制器，信号放大器，功率放大器还分别连于电源耦合系统副边；与置于固定件或壳体上的不能旋转的固定件上的综合信号调理电路，包括计算机数据采集及控制系统分别连于与非接触信号耦合器上、下两个不动圈相连的解调器和调制器及与电源耦合系统原边相连；以及置于旋转件与固定件之间的包括上行耦合通道、下行耦合通道和功率耦合通道所组成的非接触信号耦合器所构成。

多路基带信号，包括测量信号和控制信号，经过调制和多路复用，变成适合于在一个物理通道上进行耦合传输的信号进行传输，从而将多路测量信号从旋转件传至固定件上或将多路控制信号作反向传输，这是本系统采用的基本方法。

本系统采用频率调制方式(FM)进行信号的调制，而采用频分多路复用的方式在一个物

理通道上进行多路信号的传输。调制是指使一个高频信号的幅值、频率和相角随低频信号幅值变化而变化。调制方法一般分为幅值调制方式(AM)，频率调制方式(FM)和脉冲编码调制方式(PCM)等。

PCM编码方式是比较先进的信号传输方式，但PCM系统复杂，造价高。调幅(AM)方式的抗干扰能力和传输精度比较低，因而本系统中测量信号传输采用调频方式，为了发挥AM方式电路简单，信号传输中的相位滞后小，容易实现的优点，本系统控制信号的传输采用AM方式。因为在电磁耦合系统中，传输信号强、磁路封闭，因而信噪比高，解决3使传输精度和抗干扰能力都得到较大提高。

本系统的工作原理是：埋入旋转件上的传感器的多路输出信号，经过旋转件上的综合信号调理电路进行放大、滤波、调制和多路复用后，通过非接触信号耦合器的下行耦合通道耦合至固定件上，固定件上的信号调理电路将信号进行解调分路后，还原成原多路测量信号；计算机将多路信号进行采集，经过自适应控制运算后输出多路控制信号，该控制信号通过固定件上的综合调理电路进行调制和多路复用后，通过非接触耦合器的上行通道耦合至旋转件上综合信号调理电路上，在该处经过解调、分路、放大(通常是高压放大)后，驱动旋转件上的执行器，完成对旋转件上的主动控制；另一方面旋转件上所需的所有电源，都通过功率耦合通道提供；这样就组成了一个基于非接触信号传输的旋转机械的多路测量与控制系统。

由于非接触信号传输系统没有滑动触点，因而不需要经常维护更换，对环境条件要求不高，可以长期可靠运行。

本系统的核心部件是非接触信号耦合器，需要同时传输高压功率信号和多路低压高频测量和控制信号。它包括耦合线圈和相应磁路两部份，需要通过耦合传输信号有低压测控信号和高压功率信号。具体的结构是，在外壳与旋转中心轴之间装有三组非接触耦合通道，由上磁罐对和动圈与不动圈组成的上耦合线圈对构成的上行耦合通道，由下磁罐对和动圈与不动圈组成的线圈对构成的下行耦合通道和由电源磁路内、外磁环及电源耦合系统原、副边所构成的功率耦合通道；每组可分为两部分，一部分与旋转中心轴相连，并与之一起旋转，另一部分与外壳相连，它相对于外壳静止。该两部分实际上是耦合通道的原边和副边，它们互相配对，该三组耦合通道的基本原理相同，但根据不同的要求，要选择合适的磁芯材料，磁路结构和线圈参数。

附图说明

图1、旋转件非接触式双向多路信号和功率同步传输系统的组成框图。

图2、非接触信号耦合器结构示意图。