一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法及系統與流程
2023-05-31 18:30:21
本發明屬於飛行控制系統技術領域，具體涉及一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法及系統。
背景技術：
迎角信號是飛行控制系統中的重要信號，是飛行控制系統中關鍵的反饋信號，用於增加飛機的穩定性。當前飛機上多採用基於滑動變阻器原理的風標式迎角傳感器，其工作原理是外部風標隨氣動來流方向偏轉，風標通過機械結構帶動滑動變阻器中間軸頭運動，利用分壓原理來策略風標偏轉角度。
傳統做法：滑動變阻器由飛控計算機提供10V的直流參考電壓，同時由飛控計算機採集變阻器中抽和低端的電壓，從而獲取迎角偏轉角度。
傳統做法存在的問題：迎角傳感器測量範圍大，以通用標準空速管為例，其測量範圍為-90至+90度，如果採用10V直流參考電壓，則其測量梯度為18度/伏(即每度迎角對應電壓為56mV)，梯度大，嚴重影響測量精度。
技術實現要素：
本發明的目的：為了解決上述問題，本發明提出了一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法及系統，通過採用-15V和+15V作為參考電壓及電壓放大電路的方案，提高了迎角傳感器採集精度，解決基於滑動變阻器原理的風標式迎角傳感器傳感器採集梯度大精度低問題。
本發明的技術方案：一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法，適用於風標滑動變阻器原理的迎角傳感器信號採集和故障監控系統；所述迎角傳感器信號採集方法包括以下步驟：
步驟一、計算機通過其電源模塊輸出低端-15V和高端15V電壓，作為風標滑動變阻器的參考電壓，並為風標滑動變阻器的高端和低端供電；
步驟二、計算機採集風標中抽和計算機低端的差分電壓；
步驟三、計算機採集的差分電壓經放大器模塊放大多倍；
步驟四、經過放大器放大的電壓通過限幅電路將電壓限制在-10V至10V之間；並與A/D轉換模塊的採集晶片相匹配；
步驟五、限幅後的電壓經濾波消除模塊消除高頻信號，再進行A/D轉換，完成信號採集；
所述故障監控方法：機械安裝時將迎角-20°設置為機械零位，若滑動電阻器中抽斷線，則對應電壓採集值為0V,對應輸出迎角為20°，超出飛機最大可飛迎角範圍，判定迎角信號無效。
優選地，所述步驟三中，放大器模塊選擇的放大倍數規定為2倍，即放大後的電壓為-30V至30V。
優選地，所述步驟四中，將電壓限制在-10V至10V之間，對應的迎角輸出範圍在-30°至30°之間。
優選地，所述故障監控方法中，飛機迎角的適用規定範圍-5°至35°，將-20°設置為機械零位後，其飛機迎角適用規定範圍為-25°至15°。
一種迎角傳感器信號採集和故障監控系統，包括風標滑動變阻器及計算機採集輸出模塊；
所述計算機採集輸出模塊由電源模塊、放大器電路模塊、限幅電路模塊、濾波模塊、A/D轉換模塊及處理器組成；
所述電源模塊的輸出兩端分別與風標滑動變阻器兩端相連，風標滑動變阻器通過計算機信號採集高、低端連接到放大器電路模塊，放大器電路模塊依次連接有限幅電路模塊、濾波模塊、A/D轉換模塊及處理器。
本發明的技術有益效果：
1)、通過採用-15V至+15V參考電壓，以及電壓放大電路，在不影響飛機迎角使用的前提下，將迎角傳感器的信號採集梯度降低了6倍(以兩倍放大增益為例)，提高了迎角傳感器採集精度；
2)、通過人為設置電氣零位偏置，能夠識別出典型的斷線故障，提高信號故障監控覆蓋率。
附圖說明
圖1為本發明一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法的一優選實施例的系統結構及流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護範圍的限制。
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，請參閱圖1；
一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法，適用於風標滑動變阻器原理的迎角傳感器信號採集和故障監控系統；所述迎角傳感器信號採集和故障監控系統，包括風標滑動變阻器及計算機採集輸出模塊；
所述計算機採集輸出模塊由電源模塊、放大器電路模塊、限幅電路模塊、濾波模塊、A/D轉換模塊及處理器組成；
所述電源模塊的輸出兩端分別與風標滑動變阻器兩端相連，風標滑動變阻器通過計算機信號採集高、低端線路連接到放大器電路模塊，放大器電路模塊依次連接有限幅電路模塊、濾波模塊、A/D轉換模塊及處理器。
所述迎角傳感器信號採集方法包括以下步驟：
步驟一、計算機採集輸出模塊通過其電源模塊輸出低端-15V和高端15V電壓，分別與風標滑動變阻器的兩端相連，作為風標滑動變阻器的參考電壓，並為風標滑動變阻器的高端供電和低端供電；
步驟二、計算機採集輸出模塊通過計算機信號採集高、低端線路採集風標中抽和計算機低端的差分電壓；
步驟三、計算機採集輸出模塊採集的差分電壓經放大器電路模塊放大2倍；即放大後的電壓為-30V至30V；
由背景技術可知迎角傳感器的信號範圍為-90°至+90°，如果採用10V直流參考電壓，則其測量梯度為18°/V，如果參考電壓為-15V至15V，則測量梯度為6°/V，經放大後的電壓轉換為-30V至30V，則測量梯度為3°/V；
本方法將迎角傳感器的信號採集梯度降低了6倍，提高了迎角傳感器採集精度；
步驟四、經過放大器放大的電壓通過限幅電路將電壓限制在-10V至10V之間；並與A/D轉換模塊的採集晶片相匹配，對應的迎角輸出範圍在-30°至30°之間；
步驟五、限幅後的電壓經濾波消除模塊消除高頻信號，再進行A/D轉換，傳輸到處理器完成信號採集；
所述故障監控方法：通過人為設置電氣零位偏置，方法如下：
機械安裝時將迎角-20°設置為機械零位，飛機的迎角使用範圍一般是-5°至35°之間，電氣零位偏置後對應的飛機迎角適用規定範圍為-25°至15°，此時若滑動電阻器中抽斷線，則對應電壓採集值為0V,採集電壓數據0V為相應電壓範圍的中間值，則對應的輸出角值也應該是輸出範圍的中間值，所以對應輸出迎角為20°，超出飛機最大可飛迎角範圍，判定迎角信號無效，所述迎角傳感器信號採集和故障監控系統出現故障。
本發明一種迎角傳感器信號採集和故障監控方法和系統，通過採用-15V至+15V作為參考電壓及電壓放大電路的方案，提高了迎角傳感器採集精度，解決基於滑動變阻器原理的風標式迎角傳感器傳感器採集梯度大精度低問題，通過人為設置電氣零位偏置，能夠識別出典型的斷線故障，提高信號故障監控覆蓋率。
最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。