超高速光电摄影机外触发系统的研制与应用

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1、超高速光电摄影机外触发系统的研制与应用重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：葛克军指导教师：刘晓明教授专业：信号与信息处理学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一五年四月DevelopmentandApplicationofExternalTriggerSystemforUltra-high-speedOpticalCameraAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByG

2、eKejunSupervisedbyProf.LiuXiaomingSpecialty:SignalandInformationProcessingCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要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

3、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

4、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，16bit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，NANDFLASH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

5、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，ARMI英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofindustrialautomation,p

6、owertransmissionsystemplaysavitalroleintheaerospace,ships,nuclearpower,motorvehicleandotherindustries.Thedegreeofhigh-speed,automation,complexityandprecisionofmoderntransmissiondeviceisbecominghigherandhigher,whichgreatlyimprovestheproductionefficiency,andthesafetyrequirement

7、softheequipmentalsogetstronger.Mechanicaltransmissionequipmentrequiresmutualcouplingtodrivegearrotates,duetothematerialsandunreasonabledesignsandsoon,thatthegearispronetooccurringdamageorbreakageafterusingaperiodoftime,whichmayleadtofataldisasters.Researchonthelawofgeardeform

8、ationofmechanicaltransmissionequipment，helpsustoreducetheaccidentsan