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专利名称：大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪及测量方法。
背景技术：
直升机的旋翼是为直升机飞行产生升力和操纵力的核心部件，直升机一般装有四片桨叶，桨叶靠飞机产生的扭矩进行旋转，并且通过对桨叶的角度进行调节，来控制直升机的起飞与降落。直升机的飞行性能、驾驶品质、震动、噪音水平、寿命等问题都依赖于对直升机旋翼稳定性的掌握。直升机的更新换代也是以旋翼的重大改进为标准的，因此世界各国都把直升机的旋翼技术当做直升机的关键技术来研制，并且不断的提高对旋翼的测试手段和方法，以使旋翼的设计达到性能最优。
直升机旋翼锥度是旋翼动平衡测量中一个重要的指标，它的测量是在旋翼高速运转的状态下进行的。所以过去一直存在着测量精度差，难度大等多种问题，但随着近年来光电技术、电子技术的发展，使得对旋翼共锥度的测量现在已经能做到利用多种方法进行快速、简单、有效的测量。
近年来旋翼锥体测量设备多采用的是汞灯光源频闪成像的方法。其工作原理是 选用专用的频闪灯，测量前，在直升机旋翼各片桨叶尖部安装具有一定尺寸、不同形状的反光性能标靶；在测量时，获取转速信号，同时触发专用频闪灯，使频闪灯闪亮时间与叶桨转速同步，从而用目测的方法确定不同桨叶的相互位置。

发明内容
本发明的目的是提供一种要利用大功率LED光源代替汞灯光源，并结合ARM嵌入式系统、光电传感器等新型电子元器件，使其具有体积小、寿命长、价格低廉等多种特点的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪及测量方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，其组成包括壳体，所述的壳体内装有光电传感器，所述的光电传感器连接A/D转换电路，所述的A/D转换电路连接ARM系统电路，所述的ARM系统电路连接脉冲输出电路，所述的脉冲输出电路连接电源开关，所述的电源开关连接LED频闪光源，所述的LED频闪光源连接光学系统，所述的光学系统发出光速射向靶标。
所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，所述的LED频闪光源具有 LED相应电路，所述的LED相应电路是由555多谐振荡器构成的信号发生器；所述的A/D转换电路具有芯片，所述的芯片采用TLC2543芯片，所述的LED频闪光源为15°的LED凸透镜，所述的凸透镜为聚焦源，所述的凸透镜的透光率是97%。
所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，所述的LED频闪光源的功率为O. 5W或IW或5W或8W或10W。
一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像方法，在直升机的四片桨叶上悬挂靶标，每片桨叶的叶尖位置都悬挂一个直径2CM的不锈钢铁片，形状分别为三角、方块、菱形和圆形，叶桨在高速运转的时候，每当每片叶桨运行到机身右侧90°固定位置时，将频闪仪所发出光源利用光学系统控制为一条光柱打到靶标三角、方块、菱形和圆形上，利用光电传感器获取直升机旋翼转速信号，并通过ARM系统电路控制光频闪仪进行频闪，使频闪频率与直升机旋翼转速频率相同步，ARM系统电路由光电转速传感器、ARM控制系统、LED频闪光源组成；光电转速传感器主要实现对直升机旋翼转速的速率采集，将电压信号传给ARM系统电路，ARM控制系统完成A/D转化并将根据转速进行脉冲输出，对LED频闪系统进行控制， 使其能够与直升机旋翼转速相对应，实现频闪成像。
所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像的方法，选取光电传感器，使其能够获取直升机旋翼转速，并且能够与ARM系统电路进行串口通信，将转速信号进行A/D转换；对大功率LED驱动电路进行控制，控制大功率LED驱动电路的响应时间，并对靶标图像出现时间进行计算，使LED响应时间小于靶标图像所出现时间；使ARM系统电路能够接收转速信号，转换成脉冲输出信号控制LED电源开关，并且随转速变化而自动调节LED频闪频率，使LED频闪频率能够与靶标图形速率同步；搭建光学系统，使频闪光源准确射向靶标， 并且反射光源在人眼可接受范围内，达到最好效果。
有益效果I.本发明是通过对我国现用进口动平衡频闪测试仪进行研究分析，利用光电转速传感器获取直升机旋翼转速信号，将信号发送给ARM系统电路进行A/D转换，ARM系统电路通过脉冲输出控制电源开关，从而控制LED频闪的频率及频闪响应时间，使频闪能够与叶桨靶标的图形频率相同步，最后选择合理的光学凸透镜进行聚光，使反射回来的光源能够在人眼接受范围内，并达到最好效果。从而替代进口汞灯光源的频闪测试仪对直升机的旋翼锥体进行检测，实现直升机动平衡测试仪的部分国产化。
本发明通过对频闪光源的频闪特点的掌握，选择合适的大功率LED灯作为频闪源，使其能够对高速运动的物体进行频闪成像，并可以降低成本提高频闪仪寿命。选取最新型的霍尔光电传感器，使其能更加准确的够获取直升机旋翼转速。设计出一套针对于直升机旋翼频闪检测的ARM2440系统，使其在接收转速信号，转换脉冲输出信号时更加稳定可靠。搭建特有的光学系统，使频闪光源能够准确射向靶标，并且反射光源在人眼可接受范围内，并达到最好效果。
本发明使用ARM系列芯片进行硬件系统的搭建，它有体积小、成本低廉、便于携带等特点。采用光电传感器，对直升机旋翼的转速进行采集，并经过计算后在将转速频率变成所需要的脉冲信号对LED频闪光源进行控制，使其能够与叶桨图案同步，完成锥体测试功倉泛。
本发明对频闪光源特点及LED光源特点进行研究搭建有效的LED驱动电路，使其能够应用于高频系统，并通过光电传感器进行旋翼速度采集，转化为脉冲信号对LED频闪光源进行控制；使其能够与旋翼同步，清晰显示叶桨顶部图形，对叶桨实现了锥体检测功倉泛。
本发明采用LED频闪光源是散射的，需要利用光学系统将其聚为一点，经测试我们选用15°的LED凸透镜作为聚焦源，凸透镜的透光率是97%，直升机靶标用的8k不锈钢片的反光率是96%。因此我们人眼仍然可以接受到大概93%左右的反射光源，这样能够清晰的看清靶标上的图形显示。从而进行判断。


附图I是本产品的结构示意图。
附图2是附图I中大功率LED驱动电路图。
附图3是附图I中A/D转换电路连接图。
附图4是附图I中A/D转换程序流程图。
附图5是附图I中频率与图形速率同步图。
附图6是附图I中实际显示效果图。
附图7是附图I中LED响应时间图。
具体实施例方式实施例I :一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，其组成包括壳体1，所述的壳体内装有光电传感器2，所述的光电传感器连接A/D转换电路3，所述的A/D转换电路连接ARM 系统电路4，所述的ARM系统电路连接脉冲输出电路5，所述的脉冲输出电路连接电源开关 6，所述的电源开关连接LED频闪光源7，所述的LED频闪光源连接光学系统8，所述的光学系统发出光速射向祀标9。
实施例2 实施例I所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，所述的LED频闪光源具有LED相应电路，所述的LED相应电路是由555多谐振荡器构成的信号发生器；所述的A/ D转换电路具有芯片，所述的芯片采用TLC2543芯片，所述的LED频闪光源为15°的LED凸透镜，所述的凸透镜为聚焦源，所述的凸透镜的透光率是97%。
实施例3 实施例I或2所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，所述的LED频闪光源的功率为O. 5W或IW或5W或8W或10W。
实施例4 一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像方法，在直升机的四片桨叶上悬挂靶标， 每片桨叶的叶尖位置都悬挂一个直径2CM的不锈钢铁片，形状分别为三角、方块、菱形和圆形，叶桨在高速运转的时候，每当每片叶桨运行到机身右侧90°固定位置时，将频闪仪所发出光源利用光学系统控制为一条光柱打到靶标三角、方块、菱形和圆形上，利用光电传感器获取直升机旋翼转速信号，并通过ARM系统电路控制光频闪仪进行频闪，使频闪频率与直升机旋翼转速频率相同步，ARM系统电路由光电转速传感器、ARM控制系统、LED频闪光源组成；光电转速传感器主要实现对直升机旋翼转速的速率采集，将电压信号传给ARM系统电路，ARM控制系统完成A/D转化并将根据转速进行脉冲输出，对LED频闪系统进行控制，使其能够与直升机旋翼转速相对应，实现频闪成像。
实施例5 实施例4所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像方法，选取光电传感器，使其能够获取直升机旋翼转速，并且能够与ARM系统电路进行串口通信，将转速信号进行A/D转换；对大功率LED驱动电路进行控制，控制大功率LED驱动电路的响应时间，并对靶标图像出现时间进行计算，使LED响应时间小于靶标图像所出现时间；使ARM系统电路能够接收转速信号，转换成脉冲输出信号控制LED电源开关，并且随转速变化而自动调节LED频闪频率，使LED频闪频率能够与靶标图形速率同步；搭建光学系统，使频闪光源准确射向靶标，5并且反射光源在人眼可接受范围内，达到最好效果。
实施例6 上述实施例所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，LED控制电路设计， 作为直升机旋翼测试用的频闪光源是一种特殊光源。因为频闪光源是对直升机旋翼转速进行测试，所以对频闪光源的发光频率、闪光的持续时间都有着较高的要求。为达到频闪所要求响应时间，设计LED响应电路图如附图2。
设计LED控制电路，我们主要选用了 555时基电路，它主要有一个555多谐振荡器构成的信号发生器，I个功率放大器，还有I个大功率LED构成。此电路中的震荡频率可以根据频闪的具体需求进行调整，通过信号发生器产生输出脉冲频率，并且由功率放大器放大脉冲信号，控制大功率LED发光。并且我们可以变换信号发生器的震荡频率，来改变LED 发光的响应时间，从而达到频闪要求。
实施例7 上述实施例所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，小功率LED的额定电流为20mA，额定电流大于20mA的都可以算作大功率LED。一般的功率数有0. 5W、1W、5W、 8W、IOW等。大功率LED量单位为Im(流明)。通常闪光测速仪中使用的汞灯功率为20W，一般教学用频闪光源也是使用两个20W汞灯作为照明光源。大功率LED的发光效率远远高于汞灯，目前，大功率LED的光效已经超过110 Im / W，而低压汞灯约为601m / W。而且LED 响应速度也比汞灯快得多，瞬间就可以达到很高亮度，更适合作频闪光源。实践证明，一个 20W的LED的照度，完全可以满足闪光测速仪和高速运动物体等物理实验的拍摄需要。
大功率LED作为照明光源，必须注入足够的电功率。LED芯片的温升不能过高，如果管芯结温超过标准限定值，将导致不可恢复性光强衰减。因此，使用时要有足够的散热措施，尽量使LED保持良好的工作状态。由于其成品对密封性要求不高，可与外界空气环境直接发生对流，并采用带鳍片的铝材或铜材。
实施例8 上述实施例所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，基于光电传感器A/ D转换设计，本系统主要利用霍尔光电传感器对直升机旋翼转速进行测量，将所得到的模拟电压信号传输到下位机ARM嵌入式系统中，并经过A/D转化后，进行数字脉冲输出对频闪 LED进行控制，使其能够完成频闪成像，基于嵌入式ARM系统电路我们主要采用了 TLC2543 芯片做该A/D转换芯片，该系统的硬件A/D转换电路设计如附图3.实施例9 上述实施例所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，软件实现首先将 TLC2543进行程序初始化，上电后设置转换通道和转换频率ADCC0N，清相应的中断挂起寄存器，设置中断入口程序，取消MASK屏蔽，进行设置ADCCON相应的位启动转换、中断服务程序。通过SUB判断ADC转换状态，清除SUB相应的位，读取转换值ADCDAT。
主要程序及流程图如下 void ADCInit O {int channel = O, preScaler = 50000000/ADCFRE-l;rADCCON = (channel 3) | (preScaler 6) | (1 14) ; //设置ADC通道和预分频值 Delay(IOO);6pISR_ADC = (U32)ADCHandl ClearPending(BIT_ADC); rSUBSRCPND &= (1 10);EnableIrq(BIT_ADC);//rINTSUBMSK &= (0 10); rADCCON = I;static void —irq ADCHandle() int ADCValue;ClearPending(BIT_ADC);if (rSUBSRCPND & (1 10))//设置中断向量表 //清挂起寄存器 //清子中断挂起寄存器使能ADC中断，实际是关闭INTMSK对ADC的屏蔽 //关闭子中断对ADC_S的屏蔽 Il开始转换}Z判断是不是有ADC普通转换产生的中断rSUBSRCPND &= (1 10);ADCValue = (rADCDATO & 0x3FF) ;// 读取转换值Uart_Printf(〃\n ADC convert valueis %d\n〃， ADCValue);rADCCON = I;//开始转换
权利要求
1.一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，其组成包括壳体，其特征是 所述的壳体内装有光电传感器，所述的光电传感器连接A/D转换电路，所述的A/D转换电路连接ARM系统电路，所述的ARM系统电路连接脉冲输出电路，所述的脉冲输出电路连接电源开关，所述的电源开关连接LED频闪光源，所述的LED频闪光源连接光学系统，所述的光学系统发出光速射向靶标。
2.根据权利要求I所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，其特征是 所述的LED频闪光源具有LED相应电路，所述的LED相应电路是由555多谐振荡器构成的信号发生器；所述的A/D转换电路具有芯片，所述的芯片采用TLC2543芯片，所述的LED频闪光源为15°的LED凸透镜，所述的凸透镜为聚焦源，所述的凸透镜的透光率是97%。
3.根据权利要求I或2所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪，其特征是所述的LED频闪光源的功率为O. 5W或IW或5W或8W或10W。
4.一种大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像方法，其特征是在直升机的四片桨叶上悬挂靶标，每片桨叶的叶尖位置都悬挂一个直径2CM的不锈钢铁片，形状分别为三角、方块、菱形和圆形，叶桨在高速运转的时候，每当每片叶桨运行到机身右侧90°固定位置时， 将频闪仪所发出光源利用光学系统控制为一条光柱打到靶标三角、方块、菱形和圆形上，利用光电传感器获取直升机旋翼转速信号，并通过ARM系统电路控制光频闪仪进行频闪，使频闪频率与直升机旋翼转速频率相同步，ARM系统电路由光电转速传感器、ARM控制系统、 LED频闪光源组成；光电转速传感器主要实现对直升机旋翼转速的速率采集，将电压信号传给ARM系统电路，ARM控制系统完成A/D转化并将根据转速进行脉冲输出，对LED频闪系统进行控制，使其能够与直升机旋翼转速相对应，实现频闪成像。
5.根据权利要求4所述的大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像方法，其特征是选取光电传感器，使其能够获取直升机旋翼转速，并且能够与ARM系统电路进行串口通信，将转速信号进行A/D转换；对大功率LED驱动电路进行控制，控制大功率LED驱动电路的响应时间，并对靶标图像出现时间进行计算，使LED响应时间小于靶标图像所出现时间；使八應系统电路能够接收转速信号，转换成脉冲输出信号控制LED电源开关，并且随转速变化而自动调节LED频闪频率，使LED频闪频率能够与靶标图形速率同步；搭建光学系统，使频闪光源准确射向靶标，并且反射光源在人眼可接受范围内，达到最好效果。
全文摘要
大功率发光二级管频闪的旋翼椎体成像测试仪及方法。直升机旋翼锥度是旋翼动平衡测量中一个重要的指标，它的测量是在旋翼高速运转的状态下进行的。本发明其组成包括壳体(1)，所述的壳体内装有光电传感器(2)，所述的光电传感器连接A/D转换电路(3)，所述的A/D转换电路连接ARM系统电路(4)，所述的ARM系统电路连接脉冲输出电路(5)，所述的脉冲输出电路连接电源开关(6),所述的电源开关连接LED频闪光源(7)，所述的LED频闪光源连接光学系统(8)，所述的光学系统发出光速射向靶标(9)。本发明用于旋翼椎体成像。
文档编号G01B11/26GK102937427SQ201210459689
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者甄海涛, 吴冈, 陈庆文, 王刚, 刘彤军, 赵寒涛, 李昕迪 申请人:黑龙江省科学院自动化研究所