超高速光电摄影机外触发系统的研制与应用

发布时间：2017-08-04 04:22

  本文关键词：超高速光电摄影机外触发系统的研制与应用

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【摘要】：随着工业自动化的快速发展,动力传动系统在航天航空、舰船、核电、汽车等行业中发挥着至关重要的作用。现代传动设备高速化、自动化、复杂化和精密化的程度越来越高,一方面大大的提高了生产效率,另一方面对设备安全性的依赖也越来越强。机械传动设备中,通过齿轮耦合带动设备运行,由于材料、设计不合理等原因,齿轮用了一段时间可能会出现损伤或断裂,从而引发的重大灾难事故时有发生。对机械传动设备的齿轮形变规律的研究,有利于降低事故发生概率,保证人生命和财产的安全,具有积极的作用和深远的意义。为解决常规方法检测结果准确性不高,干扰噪声影响严重,获取的结果不直观等问题,本论文提供了一种应用于机械齿轮形变规律分析的外触发超高速光电摄影系统。本设计系统开辟了一种新的研究机械齿轮形变规律的方法,实现对齿轮啮合时应变片形变信号的采集、处理和存储,外部触发超高速光电摄影系统完成机械齿轮形变过程的动态记录,分析动态记录中的每帧图片得到齿轮工作过程中形变规律。本外触发系统采用ARM微控制器LPC1768作为各个模块的核心控制器件,桥电路实现对应变片传感器形变信号的电压转换,仪表放大器AD8221搭配多阶RC无源滤波器构成信号调理电路实现对电压信号的滤波和放大处理,16 bit高性能模数转换器AD7699作为数据采样器件实现对模拟电压信号的A/D采样,NAND FLASH作为扩展的外部存储器实现对大量数据的快速存储。采用中国工程物理研究院流体物理研究所研制的同时分幅/扫描超高速光电摄影系统作为拍摄系统。通过上位机实时显示机械齿轮工作的形变波形,通过MATLAB对采集的前端信号进行滤波处理并对动态记录中每帧图片进行分析处理。根据设计的系统方案,开发出了具有低功耗、抗干扰能力强、可靠性高的基于ARM的超高速光电摄影机的外触发系统,系统已经成功应用于实际项目测试中,实现了机械齿轮形变信号的同步采集和滤波处理,高速摄像设备实时记录了机械啮合形变的动态过程,通过对动态记录中每帧图片的观察和分析,得到了更加清楚、直观的结论,取得了良好的测试效果。
【关键词】：齿轮形变 高速摄影 外触发 信号处理 ARM
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41;TB853.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 课题国内外研究现状10-13
• 1.2.1 机械检测技术研究现状10-12
• 1.2.2 高速摄影技术研究现状12-13
• 1.3 课题来源与研究目标13
• 1.4 本论文主要研究内容13-15
• 2 系统总体方案设计15-23
• 2.1 系统需求分析15-16
• 2.2 系统方案对比16-18
• 2.2.1 应变片传感器16
• 2.2.2 超高速摄影系统16-17
• 2.2.3 微控制器17-18
• 2.2.4 数字延时器18
• 2.3 系统方案设计18-19
• 2.4 外触发系统方案设计19-20
• 2.5 系统设计指标20-21
• 2.6 本章小结21-23
• 3 系统硬件原理设计23-51
• 3.1 硬件总体设计23-24
• 3.2 微控制器及其电路设计24-27
• 3.2.1 LPC1768 芯片简介24-25
• 3.2.2 时钟电路设计25-26
• 3.2.3 复位电路设计26
• 3.2.4 JTAG接口电路26-27
• 3.3 应变传感器模块27-30
• 3.3.1 应变测量原理27-28
• 3.3.2 应变电路设计28-30
• 3.4 信号调理模块30-35
• 3.4.1 信号分析与放大30-31
• 3.4.2 仪表放大器31-33
• 3.4.3 滤波电路设计33-34
• 3.4.4 信号调理电路设计34-35
• 3.5 A/D采样模块35-39
• 3.5.1 A/D采样原理35-37
• 3.5.2 A/D采样芯片37-38
• 3.5.3 A/D采样电路设计38-39
• 3.6 数据存储模块39-42
• 3.6.1 存储芯片39-41
• 3.6.2 存储电路设计41-42
• 3.7 功耗与电源模块42-48
• 3.7.1 系统功耗分析43
• 3.7.2 开关电源电路43-44
• 3.7.3 电源转换电路设计44-48
• 3.8 按键控制和光耦电路48-49
• 3.8.1 按键控制电路设计48-49
• 3.8.2 光耦电路设计49
• 3.9 本章小结49-51
• 4 SI/PI/EMC分析与PCB设计51-65
• 4.1 信号完整性分析51-56
• 4.2 电源完整性分析56-60
• 4.3 电磁兼容分析60-62
• 4.4 PCB分析与设计62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 系统软件设计65-81
• 5.1 系统软件总体结构65
• 5.2 系统主函数设计65-67
• 5.3 采样模块软件设计67-69
• 5.3.1 定时器设计67-68
• 5.3.2 ADC驱动程序设计68
• 5.3.3 AD7699 采样程序设计68-69
• 5.4 存储模块软件设计69-75
• 5.4.1 驱动程序设计69-74
• 5.4.2 数据存储程序设计74-75
• 5.5 USB模块软件设计75-79
• 5.5.1 DMA工作原理分析75-76
• 5.5.2 USB设备控制器76-78
• 5.5.3 USB程序设计78-79
• 5.6 上位机软件79-80
• 5.7 本章小结80-81
• 6 系统测试与分析81-89
• 6.1 系统测试环境81
• 6.2 模拟信号处理81-83
• 6.3 数字信号处理83-85
• 6.4 系统拍摄结果85-88
• 6.5 本章小结88-89
• 7 总结与展望89-91
• 7.1 工作总结89
• 7.2 工作展望89-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-97
• 附录97-98
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录97
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目97-98
• C.机械齿轮碰撞形变规律测试现场图片98

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本文编号：617735