一种船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量方法

摘要

本发明的目的在于提供一种船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量方法，接收发动机转速被测信号，在被测信号输入后对信号进行滤波，滤波后的信号通过电压比较器和设定好的阈值电压进行比较，输出得到同频率的方波信号，该方波信号通过隔离电路送给FPGA，FPGA对输入的方波信号进行单位时间计数，已知单位时间，从而计算出被测信号的频率，其计算公式为f＝D*F/N，其中D为已知设定的单位个数，F为FPGA的时钟频率，N为采样信号的个数。本发明解决了现有船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量装置存在的不足，测频精度高，测频范围宽。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种频率测量方法，具体地说是转速信号频率测量方法。

背景技术

船舶燃气轮机动力涡轮转速是反映燃气轮机性能的关键参数之一，如何对动力涡轮转速有效、准确测量是测控技术领域研究的热点。目前常见的转速信号频率测量装置，测频精度低，测频范围窄。无法满足燃气轮机动力涡轮在负荷突变等情况下的转速测量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供测频精度高、测频范围宽的一种船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量方法，其特征是：接收动力涡轮转速被测信号，在被测信号输入后对信号进行滤波，滤波后的信号通过电压比较器和设定好的阈值电压进行比较，输出得到同频率的方波信号，该方波信号通过隔离电路送给FPGA，FPGA对输入的方波信号进行单位时间计数，已知单位时间，从而计算出被测信号的频率，其计算公式为f＝D*F/N，其中D为已知设定的单位个数，F为FPGA的时钟频率，N为采样信号的个数。

本发明还可以包括：

1、被测信号的滤波采用模拟滤波电路，模拟滤波电路采用一阶RC滤波电路，其截止频率f＝1/RC，其中R为串联电阻，C为并联电容。

2、设定频率动作点为：2000Hz、3400Hz、3600Hz，当被测信号频率高于2000Hz时，FPGA控制数字量输出电路，输出常闭触点1，当被测信号频率高于3400Hz时，FPGA控制数字量输出电路，输出常闭触点2，当被测信号频率高于3600Hz时，FPGA会控制数字量输出电路，输出常闭触点3；被测信号频率小于3600Hz时，降低频率小于3400Hz，输出常闭信号2被复位，即变为常开触点；继续降低频率小于2000Hz时，输出常闭信号1被复位，即变为常开触点；动作点1和动作点2为滞回动作点，即大于2000置1，小于1997置0；大于3400置1，小于3396置0。

本发明的优势在于：本发明解决了现有船舶燃气轮机动力涡轮转速信号频率测量装置存在的不足，测频精度高，测频范围宽。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为模拟滤波电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，频率测量原理是在N个时钟周期内测量信号的个数，从而计算出信号的频率。频率测量装置的硬件电路由电源变换电路、整形电路、数字量输出电路、数字量输入电路、隔离电路等电路构成，结构框图如图1。

本发明测量转速信号的频率，当动力涡轮转速信号经过转速传感器输入给本频率测量装置，由于工作环境存在各种电磁干扰，使得输入给频率测量装置的被测转速信号(正弦波信号)上会有干扰信号存在，本频率测量装置在被测信号输入后会对信号进行滤波，滤波后的信号通过电压比较器和设定好的阈值电压进行比较，输出得到同频率的方波信号(该方波信号为同输入信号频率相同，幅值高电平为5V，低电平为0，占空比为50％)，该方波信号通过隔离电路送给核心器件FPGA，FPGA会对输入的方波信号进行单位时间计数，已知单位时间，从而计算出被测信号的频率。其计算公式为f＝D*F/N，其中D为已知设定的单位个数(程序设定)，F为FPGA的时钟频率，N为采样信号的个数。FPGA逻辑会对被测信号进行一次数字滤波，有了两次滤波后，增加被测信号频率的精度。

模拟滤波电路采用一阶RC滤波电路，其电路如图2，其截止频率f＝1/RC，其中R为电路中串联电阻，C为电路中并联电容。数字滤波通过编程设定出截止频率，超过截止频率的频率信号全部视为无效信号。

本频率测量装置带有对被测频率进行监控的功能，设定频率动作点为：2000Hz、3400Hz、360 0Hz。当被测频率高于2000Hz时，FPGA会控制数字量输出电路，输出常闭触点1，当被测频率高于3400Hz时，FPGA会控制数字量输出电路，输出常闭触点2，当被测频率高于3600Hz时，FPGA会控制数字量输出电路，输出常闭触点3。被测频率小于3600Hz时，降低频率小于3400Hz，输出常闭信号2会被复位，即变为常开触点。继续降低频率小于2000Hz时，输出常闭信号1会被复位，即变为常开触点。动作点1(2000Hz)和动作点2(3400Hz)为滞回动作点，即大于2000置1，小于1997置0；大于3400置1，小于3396置0。

在实际工作中，被测信号中可能会串入非正常的高压信号，为了防止高压信号对核心芯片FPGA的冲击，继而带来的芯片损坏。本频率测量装置种加有隔离电路，使得输入信号和FPGA信号进行电气上的隔离，从而保护了核心芯片，增加频率测量装置的可靠性。

电压变换电路由直流5V电压变换为±5V隔离电压、5V隔离电压和3.3V和1.5V。±5V隔离电压、5V隔离电压是给频率测量装置上的运放，模拟器件等芯片供电。3.3V和1.5V给FPGA供电。

本驱动器解决了现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的技术问题(信号模拟滤波+数字滤波)。