[实用新型]一种低频方波周期检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低频方波周期检测系统，用于低频方波信号的高精度周期检测。

背景技术

质量综合测试台是用来测试卫星、箭弹等的质量、质心及转动惯量特性的测试设备，利用专用工装将被测件与测试台连接，通过改变被测件状态，分步测出卫星的质量、质心、转动惯量参数。质量特性综合测试台对转动惯量和惯性积测量，需要对被测件扭摆低频周期进行精确测量，扭摆低频周期的测量精度决定了转动惯量的测量精度。传统的低频频率测量主要采用分立元件，由于分立元件较多，因此设计难度大、易出错、精度低，并且设计完成后，若需要修改，只能重新进行电路设计、制版、焊接等工作。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服了传统测试系统的不足，提供一种低频方波周期检测系统，提高了低频方波周期信号的频率检测精度。

本实用新型的技术解决方案是：一种低频方波周期检测系统，包括光电隔离电路、信号整形电路、FPGA信号采集单元、ARM数据处理单元以及计算机，经由接近开关输出的低频方波信号先经过光电隔离电路进行信号隔离，隔离后的低频方波信号由信号整形电路进行整形处理，FPGA对经过整形处理的低频方波信号进行周期计数，ARM系统对FPGA的周期计数值进行处理计算得到低频方波的周期值，计算机将该周期值进行存储；所述的光电隔离电路由限流电阻、光电耦合芯片、限压电阻和电容组成，在接近开关和光电耦合芯片之间接限流电阻，光电耦合芯片输出端与供电电压之间接限压电阻，在光电耦合芯片输出端与地之间接电容。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本系统采用接近开关作为信号采集传感器，通过光电隔离、信号整形后，利用FPGA和ARM完成低频信号周期的高精度测量，FPGA内部频率的检测逻辑可以根据不同项目的需要，随时进行修改，因此大大提高了系统设计的灵活性。采用该低频方波周期检测系统对质量特性综合测试台的转动惯量测量误差小于0.05％，试件转动惯量+0.1kg·m2，大大提高了低频方波周期信号的频率检测精度。

附图说明：

图1本实用新型的系统组成结构图；

图2为本实用新型光电隔离电路原理图；

图3为本实用新型信号整形电路原理图；

图4为本实用新型FPGA信号采集和控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述：

扭摆频率的检测选用接近开关，当扭摆台转动时，接近开关将被打开和关闭，通过检测接近开关的打开和关闭的方波信号，即可得到扭摆周期。为了提高测量精度，本实用新型选用速度快、使用灵活的FPGA进行低频扭摆周期采样，采样结果通过ARM处理器读取，并通过串口发送到PC机，通过PC机的软件完成转动惯量的计算。

如图1所示，低频方波周期检测系统主要包括光电隔离电路、信号整形电路、FPGA信号采集单元、ARM数据处理单元以及检测计算机。接近开关信号经过光电隔离和信号整形后进入FPGA，FPGA通过一系列的处理后，将采样到的周期值保存到RAM区，并发送读取信号给ARM处理器，ARM处理器得到读取信号后，根据FPGA的状态位，到指定地址读取周期值，经处理后，通过串口发送到PC机，下面详细介绍各部分的主要功能。

由于接近开关的输出信号是12V，而FPGA是CMOS电路，工作电压为3.3V；因此光电隔离电路选用4N25光电隔离芯片，该芯片不但实现了电压转换，而且起到了内外电路的隔离，提高了该频率检测模块的抗干扰能力和安全性。光电隔离电路是由限流电阻R401、光电耦合芯片IC401、限压电阻R402和电容C401组成，电路原理见图2。接近开关Z401、的有感距离为8-12mm，选型由工程机械尺寸决定，其一为电感式，接近目标为铁金属，尺寸较大；其二为霍尔半导体式，接近目标为磁铁，尺寸较小。接近开关的供电为6-30V，其输出方式有两种，一种如图2所示为PNP输出方式；另一种为NPN输出方式，需要改接光电耦合芯片IC401输入电路即可。IC401为信号隔离光偶，以免有害高压信号接入烧坏电路，选择型号为4N25，其输入限流电阻R401可根据供电电压决定，当供电电压为6V时限流电阻R401为250欧姆。光偶输出接限压电阻R402，根据供电电压选1K欧姆。其输出信号经滤波电容C401后为Vin进入下一级整形电路。