多路分布式信息檢測與處理裝置的製作方法

2023-07-03 19:52:31

專利名稱：：多路分布式信息檢測與處理裝置的製作方法
技術領域：
：本發明屬於信息檢測與處理裝置，特別涉及用於對結冰現象進行檢測與處理的電子系統。
背景技術：
：現有的結冰信號器的電子系統只能處理單一結冰信號器的信號，如一種振筒式結冰傳感器及其電子信號檢測裝置，其電子信號檢測裝置檢測處理單一傳感器的結冰信號，顯示單一傳感器給出的結冰厚度信息，分析求解單一傳感器的結冰速率信息。結冰速率定義為單位時間內冰層厚度的增量，通常分為強結冰，中等強度結冰和弱結冰三個等級。但是在許多實際應用中，需要對被檢測對象設置多個結冰傳感器，如飛機跑道上，公路上，飛機機翼或機身上，以能更全面準確地反映被檢測對象的結冰狀況，相應地，也就需要能檢測處理多路傳感器信息的分布式結冰信息的系統裝置。
發明內容本發明提出一種多路分布式信息檢測與處理裝置，目的是能夠對多個諧振頻率輸出的結冰傳感器進行信號採集，分析與求解出冰層厚度以及結冰速率等級的信息，並在相應的顯示器上予以顯示。本發明的一種多路分布式信息檢測與處理裝置，由諧振式傳感器、驅動單元、測控單元和顯示單元組成；其特徵在於(l)所述驅動單元由N個驅動電路組成，對應連接N個諧振式傳感器，對它們提供自激振蕩的諧振驅動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元由微型計算機構成，微型計算機具有N個定時器/計數器通道和N個模擬/數字轉換器，按順序對N個諧振式傳感器進行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元由N個發光二極體及其相應的控制電路組成，控制電路接收測控單元發送來的顯示信息，對顯示信息進行解碼，驅動發光二極體；所述N二28。所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特徵在於所述驅動單元中的驅動電路由信號放大器、驅動放大器和二選一開關組成，諧振式傳感器中壓電元件信號電極的信號通過信號放大器放大，再經驅動放大器產生驅動信號作用於壓電元件驅動電極，構成正反饋自激式振蕩電路；諧振式傳感器頻率信號由壓電元件驅動電極上引出連接於二選一開關；二選一開關的兩個觸點分別連接測控單元中微型計算機的定時器/計數器通道和激勵信號輸出端，二選一開關觸點的選擇由測控單元經開關控制信號線決定，當檢測模式時，測控單元對諧振式傳感器進行計數測頻；當再激勵模式時，測控單元發出的脈衝串激勵信號，施加於諧振式傳感器，以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特徵在於所述測控單元包括微計算機、時鐘電路、串行接口電路、數據存儲晶片、多路開關、溫度前置放大器和光電隔離電路；(1)時鐘電路向微計算機提供實時時間信息；(2)來自所述驅動單元的N根測頻信號線接入微計算機內的定時器/計數器通道，由微計算機定時計數，實現測頻功能；(3)在微計算機控制下，多路開關選定對應通道，來自N個諧振式傳感器某一路的溫度信號經過溫度前置放大器調理放大，輸入至微計算機內的模擬/數字轉換器，微計算機根據對應傳感器的頻率一溫度特性，進行溫度補償；(4)每當系統上電工作，寫入數據存儲晶片中的各諧振式傳感器頻率、溫度信息就和實時時間點相對應；(5)串行接口電路符合485標準，作為下載數據和擴展之用；(6)微計算機向顯示單元發送顯示控制信號，光電隔離電路用於隔離單片微計算機和顯示單元，以提高可靠性。本發明的驅動單元隨所連接的諧振式傳感器一起裝設於需要結冰檢測的地方；測控單元由功能較強的單片微型計算機為核心組成，單片微型計算機具有多個定時/計數器通道和多個A/D轉換通道。這樣可以在軟體控制下，按一定順序對多個傳感器進行頻率和溫度的檢測。對溫度信號，系統軟體按照一定的算法進行傳感器溫度補償，以更好地保證傳感器的溫度穩定性，提高系統的可靠性。當檢測出溫度超過某一較高值時，如2(TC，系統認定傳感器探測面上不會發生結冰現象，可切除掉傳感器頻率信號。對頻率信號，系統軟體根據冰層厚度與頻率對應關係，首先求得冰層厚度的信息；然後根據一定的算法，求得單位對間內頻率的增量，也就是單位時間冰層厚度的增量，從而求解出結冰速率的信息。本發明實現了利用同一顯示器件既顯示冰層厚度信息，又顯示結冰速率信息，即用常亮的燈光顯示冰層厚度的三個等級，不同燈光顏色對應不同冰層厚度；用閃爍的燈光顯示正在發生的結冰厚度變化，即結冰速率，不同顏色的閃爍燈光顯示不同等級的結冰速率，等級分為弱，中等和強結冰速率。另外，本發明還設計了內置式自檢功能，即測控單元在系統正式工作之前，首先對傳感器的工作狀態和溫度信號進行檢測校驗，若發現有不正常，即在相應的顯示燈上予以顯示，提醒系統操作人員。操作人員也可在系統工作的任何時刻，通過按下顯示單元面板上的"自檢"按鈕，對傳感器進行自檢校驗，從而大大提高了系統的可靠性。本發明還針對飛機上的應用，設計了數據存儲功能，即系統中設計了大容量的非易失性數據存儲單元，能夠保證存儲足夠長時間的信息。系統使用人員和技術人員可通過測控單元上的下載連接器將這些保存的信息下載至便攜計算機上，進行數據分析和處理，這對於飛機防冰安全保障具有重要的信息支持作用。圖1為本發明的一個實施例系統結構示意圖圖2為該實施例驅動單元電子線路圖圖3是本發明中測控單元的示意圖圖4是本發明顯示單元其中一個發光二極體及其控制電路示意圖圖5為該實施例顯示單元顯示面板設計圖具體實施例方式現結合圖1至圖5說明本發明的一個實施例，該實施例已安裝於某型號飛機上，進行試飛應用。圖1中由壓電元件為核心組成的諧振式傳感器l，數量為4隻，其中2隻安裝於飛機機翼前緣的上部，另外2隻安裝於機翼前緣的下部，以對機翼前緣這樣容易結冰的危險部位進行結冰探測。諧振式傳感器1的輸出頻率即載有結冰信息，當無結冰發生時，諧振式傳感器輸出初始工作頻率；當有結冰發生時，諧振式傳感器輸出頻率上升，上升幅度與冰層厚度相對應。驅動單元2的數量為2個，每個驅動單元包括2個驅動電路，每個驅動電路對應驅動1個諧振式傳感器；驅動單元通過數據與控制線5將諧振頻率和溫度信號傳至測控單元3;測控單元3的顯示信息通過顯示信息線6傳至顯示單元4。驅動單元中驅動電路的具體組成及工作原理見圖2。圖2中諧振式傳感器l由壓電元件7和微型測溫元件8(Pt100)為主組成。信號放大器9，驅動放大器10與諧振式傳感器1中壓電元件7的二個電極相連接構成正反饋自激式振蕩電路，從而為諧振式傳感器諧振工作模式提供驅動。檢測/激勵信號線11連接於二選一開關12，開關接通觸點的選擇由圖1中的測控單元3中的單片微計算機經開關控制信號線15來選定。當工作模式為檢測時，二選一開關處於上端，即檢測/激勵信號線11與測頻信號線13相連，可獲得傳感器的諧振頻率信號，並由測頻信號線13送至測控單元的微計算機系統進行計數測頻。當冰層厚度達到一定值時，傳感器會停止振動，此時需要在融化結冰之後重新對傳感器再激勵以使其恢復工作，此時為再激勵模式，即在微計算機開關控制信號線15的控制下使對應某一傳感器的二選一開關處於下端，檢測/激勵信號線11與激勵信號線14相連接，微型計算機發出的脈衝串激勵信號經激勵信號線14以及檢測/激勵信號線11,作用於該傳感器以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。圖3是本發明實施例中測控單元的組成。檢測/激勵信號線11連接於二選一開關12，開關接通觸點的選擇由單片微計算機經開關控制信號線15來選定，當工作模式為檢測時，二選一開關處於上端，即檢測/激勵信號線11與測頻信號線13相連，可獲得傳感器的諧振頻率信號，四根測頻信號線13接入單片微計算機20內的定時器/計數器通道21，由微計算機軟體定時計數，實現測頻功能。23是來自於諧振式傳感器的溫度測量信號線，某一路的溫度信號在單片微電腦程式控制下，由溫度通道選擇控制線24控制多路開關25切換至所對應的通道後，該路溫度信號經過溫度前置放大器16調理放大後，輸入至單片微計算機內的模擬/數字轉換器17。單片微計算機獲得溫度信號後，再根據傳感器的頻率一溫度特性，進行溫度補償，保證傳感器可靠工作。實時時鐘集成電路晶片26向單片微計算機提供年、月、日及時、分、秒實時信息。這樣，每當系統上電工作，寫入數據存儲晶片18中的各傳感器頻率、溫度信息就和實時時間點相對應，這對日後下載數據的分析極為重要。符合485標準的串行接口電路19作為下載數據和擴展之用。單片微計算機發送的顯示信息經顯示控制信號線27、光電隔離電路22傳送至顯示單元。本發明實施例的顯示單元由四個相同的雙色發光二極體及其控制電路所組成，圖4是其中一個發光二極體及其控制電路示意圖。發光二極體控制信號線28來自於測控單元，控制驅動電路29由兩個開關三極體構成，通過橙色發光控制線31、限流電阻30以及藍色發光控制線32、限流電阻30驅動發光二極體33。當橙色發光控制線31為高電平而藍色發光控制線32是低電平時，發光二極體33僅顯示橙色；當藍色發光控制線32是高電平而橙色發光控制線31為低電平時，發光二極體33顯示藍色；當31線和32線均為高電平時，發光二極體33則顯示出紅色。當31線、32線為恆定的高電平時，則發光二極體呈穩定常亮顯示狀態；當31線、32線為以一定頻率(如0.5Hz,佔空比為50%)變化的方波信號時，則發光二極體33呈肉眼可觀察到的閃爍發光顯示狀態。某個傳感器無結冰信號產生時，其對應的發光二極體為熄滅狀態。若某個傳感器探測到有結冰發生時，則與此傳感器對應的發光二極體發出某種顏色的閃爍發光，以指示結冰正以某種結冰速率發生；當不再有結冰繼續發生時，則發光二極體以某種顏色穩定發光，其顏色的不同與結冰厚度相對應。這樣，利用同一發光二極體的閃爍發光和穩定常亮發光二種不同發光形式分別顯示結冰速率和結冰厚度二種信息。這樣的好處是使信息顯示集中，對應性好，使用人員讀取結冰狀況的信息方便。表1是不同閃爍發光與穩定常亮發光顏色與不同結冰速率等級和結冰厚度等級的對應關係。表ltableseeoriginaldocumentpage9圖5是該實施例中顯示單元顯示面板的設計。顯示面板34上裝有四隻雙色發光二極體33，還裝有自檢功能按鈕35和電源開關36。權利要求1.一種多路分布式信息檢測與處理裝置，由諧振式傳感器、驅動單元、測控單元和顯示單元組成；其特徵在於(1)所述驅動單元由N個驅動電路組成，對應連接N個諧振式傳感器，對它們提供自激振蕩的諧振驅動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元由微型計算機構成，微型計算機具有N個定時器/計數器通道和N個模擬/數字轉換器，按順序對N個諧振式傳感器進行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元由N個發光二極體及其相應的控制電路組成，控制電路接收測控單元發送來的顯示信息，對顯示信息進行解碼，驅動發光二極體；所述N＝2～8。2.如權利要求1所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特徵在於所述驅動單元中的驅動電路由信號放大器、驅動放大器和二選一開關組成，諧振式傳感器中壓電元件信號電極的信號通過信號放大器放大，再經驅動放大器產生驅動信號作用於壓電元件驅動電極，構成正反饋自激式振蕩電路；諧振式傳感器頻率信號由壓電元件驅動電極上引出連接於二選一開關；二選一開關的兩個觸點分別連接測控單元中微型計算機的定時器/計數器通道和激勵信號輸出端，二選一開關觸點的選擇由測控單元經開關控制信號線決定，當檢測模式時，測控單元對諧振式傳感器進行計數測頻；當再激勵模式時，測控單元發出的脈衝串激勵信號，施加於諧振式傳感器，以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。3.如權利要求1或2所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特徵在於所述測控單元包括微計算機、時鐘電路、串行接口電路、數據存儲晶片、多路開關、溫度前置放大器和光電隔離電路；(1)時鐘電路向微計算機提供實時時間信息；(2)來自所述驅動單元的N根測頻信號線接入微計算機內的定時器/計數器通道，由微計算機定時計數，實現測頻功能；(3)在微計算機控制下，多路開關選定對應通道，來自N個諧振式傳感器某一路的溫度信號經過溫度前置放大器調理放大，輸入至微計算機內的模擬/數字轉換器，微計算機根據對應傳感器的頻率一溫度特性，進行溫度補償；(4)每當系統上電工作，寫入數據存儲晶片中的各諧振式傳感器頻率、溫度信息就和實時時間點相對應；(5)串行接口電路符合485標準，作為下載數據和擴展之用；(6)微計算機向顯示單元發送顯示控制信號，光電隔離電路用於隔離單片微計算機和顯示單元，以提高可靠性。全文摘要多路分布式信息檢測與處理裝置，屬於信息檢測與處理裝置，目的是對多個諧振頻率輸出的結冰傳感器進行信號採集，分析結冰信息，並予以顯示。本發明由諧振式傳感器、驅動單元、測控單元和顯示單元組成；(1)驅動單元由N個驅動電路對應連接N個諧振式傳感器，對它們提供諧振驅動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元按順序對N個諧振式傳感器進行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元對顯示信息進行解碼，驅動發光二極體。本發明遠距離分布式安裝多個傳感器，信息集中處理和顯示，從而對結冰狀況的檢測更為全面和準確，還具備長時間保存大量數據的數據存儲功能以及自校驗功能。文檔編號G01D21/00GK101187575SQ20071016850公開日2008年5月28日申請日期2007年11月28日優先權日2007年11月28日發明者林葉,傑張,洪張申請人:華中科技大學