回转机械扭矩监测仪数字信号无线传输的研究

　　1　引　　言

　　轧钢机、汽轮机等大型回转机械迫切需要一种能够在旋转态对数字信号进行无线传输的扭矩监测仪。由于信号发射端随传动轴做非匀速、不定向的旋转运动,所以需要一种鲁棒性很强的数字信号无线传输方法,使系统对每bit信号的状态和每个数据包具有更强的识别能力,以增强旋转态通信的抗干扰能力。

　　2　动态扭矩信号的采集

　　采用双丝组合温度误差自补偿式应变片构成测量电桥。其中R1承受传动轴表面应变,R2仅受温度影响,R1和R2阻值、温度系数和线胀系数一致,则桥路本身就具有温度补偿功能。将电桥输出经放大和高速A/D转换得到16位动态数字扭矩值。

　　3　特殊的数字调制方式

　　在动态数字扭矩信号无线传输过程中,除外界电磁干扰,传动轴带动无线发射装置做变速非定向旋转,造成多普勒频移是个时变参数。为克服这些影响,提出了一种新型的RF-TXD调制方法。

　　利用2ASK×2FSK×2PSK构成的状态空间中的8种状态作为超立方体L的8个顶点:P0(AL,FL,P+),P1(AL,FL,P-),P2(AL,FH,P+),P3(AL,FH,P-),P4(AH,FL,P+),P5(AH,FL,P-),P6(AH,FH,P+),P7(AH,FH,P-)。从中取出码距最大(等于3)的两个顶点P0(AL,FL,P+)和P7(AH,FH,P-)分别定义为标准“0”和标准“1”。取{P0,P7}作为轴上发射端的输出空间,即只发出P0和P7两种状态分别代表二进制“0”和“1”,此两种状态的距离就比单一的2ASK、2FSK或2PSK要大,比MPSK等调制方式中任意两点的距离更大,因而在没有降低速率的前提下,增强了发射端输出信号的抗干扰能力。

　　4　强鲁棒性调解识别方法

　　发射端发出的P0或P7状态无线传输到接收端时,可能已经发生了状态转移,即接收端的输入空间为{P0,P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7}。在超立方体L中取一垂直平分线段P0P7的分类超平面M,将L的8个顶点分为H0={P0,P1,P2,P4}和H1={P3,P5,P6,P7}两个子空间,如图1所示。

　　接收端对收到的载波信号分别按2ASK、2FSK和2PSK进行三维正交解调,若得到的Pi(i=0,1,2,……,7)属于子空间Hj(j=0,1),则认为收到的该bit值为“j”。这样,系统在波特率不变的前提下,使干扰引起的一维状态偏移得以纠正,增强了通信系统的鲁棒性。

　　5　信道编码方法

　　对每byte数据采用10bit/frame的UART串行传输模式,对每20点(40byte)的数字扭矩信号按以下方式打包:

　　[55H,55H,……,55H,FFH,AAH,DL0,DH0,DL1,DH1,……,DL19,DH19,SL,SH,FFH],其中包头是10byte的55H是作为引导头的方波信号,它的作用是让接收端建立稳定的接收状态,同时也便于接收端软件辨别噪声和有效数据;接下来的FFH和AAH,作为启动标志通知接收端有效数据即将开始被传送;然后是40byte的16bit/sample的数字扭矩信号;接下来的SL和SH组成的16bit校验和补码;最后是包尾FFH,通知接收端此包发送完毕。