一种高速旋转工况下能信传输一体化装置

技术领域

本申请属于航空武器装备飞行状态监控技术领域，尤其涉及一种高速旋转工况下能信传输一体化装置。

背景技术

近几年来，我国以直-20系列为代表的新一代直升机陆续研制成功。直升机鉴定试验过程对旋翼系统、传动系统等旋转部件的异常状态、早期故障和故障隐患进行及时检测、早期发现，实现故障早期预警，对于直升机安全使用和效能发挥具有重要的军事意义和经济效益。考虑直升机的结构特点和飞行试验鉴定过程中旋转部件精确测量与状态监测要求，在飞行过程中实时测量直升机旋转部件关键参数测量与监控有着重主要的意义。

一直以来，直升机旋转部件测试采用通过将刚性测量设备固定在旋转部件实现采集信号，其电能与信号传输均通过有线集流环方式。刚性测量设备尺寸大、重量大，设备的安装需要额外的紧固机械结构，导致刚性测量设备的设计周期长、改装难度大。同时，测试系统的电磁感应组件与无线数据传输组件是两套独立的硬件设备，增加了系统的结构设计复杂性，无法满足狭小空间、高速旋转的直升机旋转部件测试需求。

发明内容

为了解决现有技术中电能与信号传输各自通过有线集流环方式而导致的复杂结构设计的技术问题，本发明提供了一种高速旋转工况下能信传输一体化装置，所述技术方案如下：

一种高速旋转工况下能信传输一体化装置，所述装置安装在旋转部件上，所述装置包括：感应供电单元、信号调制单元、信号采集单元、主控射频单元、抗弯折共形印制电路板和天线，

感应供电单元、信号调制单元、信号采集单元、主控射频单元、天线设计在抗弯折共形印制电路板，抗弯折共形印制电路板紧固在旋转部件的曲型表面，信号采集单元与信号调制单元电连接，信号调制单元与主控射频单元电连接，主控射频单元与天线电连接；

感应供电单元用于给旋转部件供电，并通过天线接收电能；

信号采集单元用于采集旋转部件的状态参数；

信号调制单元用于将信号采集单元采集的状态参数进行信号调制，并将调制结果发送给主控射频单元；

主控射频单元用于对信号调制单元得到的调制结果进行包络调制，并通过天线发送给静止部件。

可选地，抗弯折共形印制电路板为采用聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的可弯折印制电路板。

可选地，抗弯折共形印制电路板背面设有热压端电极，热压端电极与抗弯折共形印制电路板之间设有聚酰亚胺薄膜层。

可选地，热压端电极背面设有补强层。

可选地，补强层为涤纶树脂层、聚酰亚胺层或树脂层。

可选地，聚酰亚胺薄膜层与热压端电极为相差0.40～0.50mm的错层。

可选地，信号调制单元具体用于：

将信号采集单元采集的状态参数进行数据放大、滤波和编包处理，最终形成串口数据流，并将该串口数据流发送至主控射频单元。

可选地，旋转部件为传动轴。

本发明是针对直升机旋转部件飞行试验安全监控要求，设计一种高速旋转工况下能信传输一体化装置，能信传输距离≥8mm(-3db)，感应供电输出功率3.5W，实现飞行过程中直升机旋转部件关键数据可靠性测量和安全监控。

本发明提供了一种能信共用的旋转部件非接触供电与数据传输设计方案，有效减少高速环境下狭小空间设备对结构设计影响；提供了刚-柔结合的抗弯折共形测量电路设计满足动平衡要求；提供了采用基于SAW谐振器的射频信号解调电路提高数据传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种高速旋转工况下能信传输一体化装置示意图；

图2是本发明一实施例的高速旋转工况下能信传输一体化的原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式和附图对本申请作进一步详细说明。

图1是本发明一实施例的一种高速旋转工况下能信传输一体化装置的示意图。图2为高速旋转工况下能信传输一体化的原理示意图，高速旋转工况下能信传输一体化装置安装在旋转部件上，比如传动轴。请参考图1和图2，高速旋转工况下能信传输一体化装置包括：感应供电单元、信号调制单元、信号采集单元、主控射频单元、抗弯折共形印制电路板和天线，感应供电单元、信号调制单元、信号采集单元、主控射频单元、天线设计在抗弯折共形印制电路板，信号采集单元与信号调制单元电连接，信号调制单元与主控射频单元电连接，主控射频单元与天线电连接；

感应供电单元用于给旋转部件供电，并通过天线接收电能；

信号采集单元用于采集旋转部件的状态参数，比如，状态参数可以是应变或温度；

信号调制单元用于将信号采集单元采集的状态参数进行信号调制，并将结果发送给主控射频单元；信号调制包括数据放大、滤波和编包，最终形成串口数据流，发送至主控射频单元；

主控射频单元用于对信号调制单元得到的调制结果进行包络调制，并通过天线发送给静止部件。

直升机旋转部件关键参数测试采用通过将刚性测量设备固定在旋转部件实现采集信号，其电能与信号均通过集流环方式进行传输。同时刚性测量设备结构设计复杂，存在重量和体积难以满足动平衡设计的要求，导致刚性测量设备的设计周期长、改装难度大。本发明选一种能信共用的旋转部件非接触供电与数据传输设计方案，采用供电和数据非接触一体化设计，通过共用一个发射与接收天线实现供电和数据的传输。该方法有效减少高速环境下狭小空间设备对结构设计影响。

如图2所示，感应供电单元包括：依次电连接的接收线圈与谐振电容、整流电路、DC/DC；

信号采集单元包括：放大器、电流源。

信号调制单元包括：AD转换电路与调理电路，AD转换电路与放大器电连接；

主控射频单元包括近程数据发射控制电路，近程数据发射控制电路与调理电路电连接。

如图1所示，本发明提供了刚-柔结合的抗弯折共形测量电路设计满足动平衡要求；相关技术中，旋转部件的刚性测量设备一般安装于设备的曲型表面，刚性测量设备机械结构设计难以满足旋转部件动平衡要求。对此本发明的抗弯折共形印制电路板采用刚-柔结合的抗弯折共形测量电路设计，实现高速旋转工况下能信传输一体化装置的共形贴合要求。刚-柔结合的抗弯折共形测量电路是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性、可弯折的印制电路板，具有重量轻、弯折性好等特点，可以紧固在旋转部件的曲型表面。抗弯折共形印制电路板背面设有热压端电极，热压端电极与抗弯折共形印制电路板之间设有聚酰亚胺薄膜层。

刚-柔结合的抗弯折共形测量电路在热压端电极背面设有补强层加强共形测量电路的机械强度，补强层根据使用要求不同而采用不同的材料，比如PET(涤纶树脂)、PI(聚酰亚胺)或树脂等。通过补强层提升了柔性共形测量电路热压效果及热压端强度。热压端电极热压后须弯折，此时弯折区与热压端电极之间容易产生集中应力并造成断层。热压端电极与抗弯折共形印制电路板之间的聚酰亚胺薄膜层与热压端电极为相差0.40～0.50mm的错层，能有效释放集中应力，提高了柔性共形测量电路的抗弯折特性。并且刚-柔结合的抗弯折共形测量电路沿着弯折方向可以实现大于20余次弯折试验，一定程度上满足旋转部件测试单元重复使用，提高设备使用效率。

本发明提供了采用基于SAW谐振器的射频信号调制电路，提高数据传输的可靠性。

对于信号调制单元，信号调制单元包括SAW谐振器及外围电路，其中，SAW谐振器由一个叉指换能器以及在其两边对称分布的两组反射栅组成。SAW谐振器与反射栅构成一个谐振腔，使得SAW谐振器只对特定频率的射频信号产生响应。

对于主控射频单元，主控射频单元得到信号调制单元得到的调制结果的包络，同时将占空比为1:1的TTL开关控制信号的周期控制在400ns～1.5μs，即信号激励时间控制在200ns～1μs，主控射频单元得到的包络将接近一个稳定的直流信号，极大地降低了叠加信号的数据调制难度。

进一步地，为了满足质量平衡要求，高速旋转工况下能信传输一体化装置还可包括配平单元，配平单元设计在抗弯折共形印制电路板，用于实现质量平衡。配平单元包括至少一个配平块。配平块的材质可以根据实际需求确定。

以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。