修正溫度測量信號的方法和系統的製作方法

2023-07-29 10:10:46 2

專利名稱：修正溫度測量信號的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及到藉助參數(例如，流體溫度)的傳感器進行測量的一般領域。本發明特別涉及到修正由溫度傳感器所輸送的測量信號。
背景技術：
因此，本發明優選(但並非僅限於)應用於航空領域，尤其是諸如渦輪噴氣發動機之類的飛機發動機的控制系統領域。人們知道，為了使噴氣發動機的控制適應各種飛行約束狀態，必須測量流經渦輪噴氣發動機各種氣流的溫度(以下稱之為氣流溫度)。為此，在氣流通道內的各個不同地方，使用了諸如探頭或熱電偶之類的溫度傳感器。溫度傳感器通常都會遭受針對每個傳感器的而且尤其取決於傳感器質量或尺寸的熱慣性。這種慣性反映在傳感器進行測量時刻和其為響應該測量而輸送信號時刻二者之間的時間位移中。這稱之為測量滯後效應，因為其適應性差而會導致渦輪噴氣發動機出現故障，尤其是在燃氣流溫度快速變化期間。為了緩解這種問題，出現了修正溫度傳感器輸送的測量信號的技術，可彌補傳感器慣性引起的滯後效應。例如，美國US5 080 496專利就介紹了一種這樣的技術。通常，這些技術通過使用濾波器來對傳感器的慣性進行數字模擬，所述濾波器的參數通過估算傳感器的時間常數來設定。眾所周知，測量傳感器的時間常數就是其反應時間的特徵，即其慣性。根據一個或多個參數，例如，傳感器置放其中的液體的流量，估算溫度傳感器時間常數的現有技術使用固定曲線圖。這些曲線圖指示出響應時間模板和預定條件的時間常數的平均值。換句話說，它們實際上並沒有考慮一個溫度傳感器至另一個溫度傳感器的慣性分布。根據目前的製造技術，渦輪噴氣發動機控制用的溫度傳感器生產成本不低，而且又需符合慣性分布甚微的響應時間模板。結果，很難獲得適合有關各種溫度傳感器的圖形曲線。當安裝在渦輪噴氣發動機內的傳感器的時間常數與這些曲線圖給出的數值相差很大時，就會出現各種各樣的問題。一個解決方案就是一例如一在風洞中測試每個溫度傳感器，以確定其在預定條件下的時間常數，並根據以這種方法確定的時間常數來外推曲線圖。然而，這種試驗成本特高，是溫度傳感器價格的大約三分之一。為此，不能應用於每個溫度傳感器，這就意味著可能無法檢測除了具有曲線圖的驗收模板之外的溫度傳感器。此外，這種試驗通常以風洞容量限定的流體流量來進行，一般都不能覆蓋渦輪噴氣發動機應用中的工作流量範圍。覆蓋所有工作流量範圍的外推曲線圖將不準確性引入到溫度傳感器的採集系統中。另外，如上所述，溫度傳感器的時間常數取決於置放傳感器的流體的流量這樣的參數。這就是說，為了估算溫度傳感器的時間常數，必須首先估算該流體流量。為此，必須在渦輪噴氣發動機上使用附加的估算器模塊，這使得測量值的修正變得更為複雜。所以，需要一種簡單方法來修正溫度傳感器輸送的測量信號，這種方法可以對傳感器所引起的滯後效應進行良好補償，不論傳感器的時間常數如何。

發明內容
本發明針對這種需求提出了一種可修正傳感器所輸送的溫度測量信號的方法，所述方法包括·通過使用一種模擬信號來對傳感器測量的溫度進行數字建模的步驟； 從模擬信號和對該模擬信號濾波而獲得的信號中估算所述傳感器的滯後誤差信號的步驟，所述濾波器將傳感器時間常數的估算值作為參數；以及·通過估算的滯後誤差信號來對傳感器所輸送的測量信號進行修正的步驟。根據本發明，傳感器的時間常數是根據時間的變化從測量信號和模擬信號中估算的。為此，本發明可以實時估算有關的溫度傳感器的時間常數，並可對該傳感器所輸送的測量信號進行相應修正。因而，應用於測量信號(即，滯後效應補償)的修正適合於所使用的溫度傳感器，不論其慣性如何。因此，本發明的優點是可以使用時間常數分布廣泛的溫度傳感器。放寬對有關給定模板的時間常數的低分布的需要可實現溫度傳感器製造成本的下降。此外，可以考慮帶有較高時間常數的溫度傳感器。這樣就可以製造更堅固耐用的溫度傳感器，特別是增加這些傳感器靈敏元件周圍材料的數量。此外，在航空領域，避免了在風洞內確定溫度傳感器的時間常數，從而降低了獲得這些控制渦輪噴氣發動機的傳感器的機型審批的成本。本發明的再一個優點是不要求使用任何附加估算器模塊來對置放傳感器的流體流量進行估算。傳感器的時間常數以自適應方式從傳統評估信號中進行估算，以考慮傳感器所進行的溫度測量的滯後影響，即，傳感器所輸送的測量信號和代表傳感器所測量溫度的模擬信號。在本發明的一個具體實施方式
中，為了估算傳感器的時間常數，執行如下步驟(a)通過區分測量信號和模擬信號，分別獲得第一和第二信號；(b)評定第一信號絕對值和第二信號絕對值之間的差；以及(c)從該差中估算傳感器的時間常數。為此，可以在絕對溫度估算方面，避免為估算傳感器所測溫度而使用的數字模型的不完善。因為本發明使用了測量信號和模型信號的導數，其完全可以應用數字模型，很好地反映了所測溫度的相對偏差情況。在本發明的一個具體實施方式
中，傳感器的時間常數是採用整數修正器類型濾波器從差值中估算而得，所述濾波器將預定增益作為參數。這種濾波器本身已為人們所熟知，其在修正測量信號方面具有良好性能。或者，可以使用其他估算器模塊，例如，使用較高階濾波器的估算器模塊。根據本發明的一個方面，在估算時間常數的步驟(C)之前，將第一信號的絕對值與預定閾值進行比較。
這種比較可以特別檢測到測量信號導數值是否偏低，必要時，不從差值中估算時間常數值。測量信號導數的低值表明熱穩定階段，在這個階段，時間常數變化非常小，甚至不會變化。從硬體實施的角度來講，因為測量傳感器和相應採集系統中固有的測量噪音的存在，不可能獲得絕對零差值。為此，時間常數的估算會出現偏差，特別是，如果是採用整數修正器類型濾波器來進行估算時。根據本發明的另一個方面，在估算時間常數的步驟(C)之後，驗證所估算的時間常數在預定最小值和預定最大值之間。這確保了時間常數的估算不會出現偏差。例如，由傳感器製造商規定的溫度傳感器的預定公差值可以用作最小值和最大值。按照相關方式，本發明還提供了一種可修正傳感器所輸送的溫度測量信號的系統，所述系統包括·通過使用模擬信號來對傳感器所測量的溫度進行數字建模的裝置；·估算傳感器時間常數的裝置；·對模擬信號進行濾波的裝置，該濾波器將傳感器的估算時間常數作為參數；·從模擬信號和濾波信號中估算傳感器的滯後誤差信號的裝置；以及·使用所估算的滯後誤差信號來對傳感器所輸送的測量信號進行修正的裝置；所述系統的特徵在於，傳感器時間常數的估算裝置適合於根據時間的變化從測量信號和模擬信號中估算該時間常數。如上所述，因為其上述特性和優點，本發明優選一但並非僅限於一應用在航空領域且特別是飛機發動機調節與控制領域。因此，本發明還提供了一種渦輪噴氣發動機，其包括至少一個用來修正本發明溫度傳感器所輸送測量信號的系統。


下面參照附圖閱讀所給出的說明，本發明的其他特性和優點會顯現出來，但本發明並不僅限於所示實施例。附圖如下圖1為本發明的測量信號修正系統和本發明一個具體實施修正方法主要步驟示意圖；圖2為數字建模模塊的一個示例的示意圖，該模塊可以在圖1所示修正系統中使用以模擬傳感器所測溫度；圖3為流程圖，示出了本發明的一個具體實施方法中估算溫度傳感器時間常數的主要步驟，所示方法用來修正測量信號並由圖1所示系統實施；以及圖4為根據時間變化通過實施圖3所示步驟來估算傳感器時間常數的裝置一個示例示意圖。
具體實施例方式圖1示出了本發明的修正測量信號Tl的一個具體實施例的系統1和方法，所示測量信號Tl由帶有熱慣性的溫度傳感器10輸送並用來控制飛機渦輪噴氣發動機。
然而，該假設並不是在限定本發明，其可用在有可能使用帶熱慣性溫度傳感器的其他應用中。為此，在此處所述的實施例中，修正系統1全部或部分地聯接到或集成到由渦輪噴氣發動機推進的飛機的全授權數字發動機控制(FADEC)系統中。此處所述示例更具體地設想了測量信號的修正，該信號代表了渦輪噴氣發動機高壓壓縮機入口處的溫度T25。當然，本發明同樣應用於在渦輪噴氣發動機內可以測量的其他溫度。本發明說明書的其他部分考慮了用採樣周期Te採樣的信號和參數。例如，這個採樣周期Te為大約20毫秒(ms)到40毫秒(ms)級。眾所周知，這尤其取決於所測溫度的動態範圍。然而，應注意的是，本發明同樣可以應用於連續信號和連續參數。根據本發明，修正系統1包括用來模擬溫度傳感器10所測溫度Tm的數字建模模塊20。換句話說，數字建模模塊20適合於模擬由溫度傳感器10所輸送的測量信號，如果其工作時不會出現與其時間常數相關的誤差，或者說得更貼切些，如果其是零時間常數。圖2為可以使用的數字建模模塊一個示例的示意圖。在這個示例中，數字建模模塊20包括單元21，用來發送來自渦輪噴氣發動機風扇轉速測量值(N)m的溫度比T25/T12的估算值，T12是風扇入口處的溫度。該估算值是由單元 21使用預定曲線來計算的，該曲線表示絕熱溫度比Τ25/Τ12的變化是風扇轉速N的函數。這種曲線為所屬領域技術人員所熟知，為此不再詳細贅述。溫度比Τ25/Τ12的估算值(T25/T12)e而後被送到乘法器電路22，後者用來將該溫度比乘以溫度T12測量值(T12)m。這樣，就在乘法器電路22的出口處形成建模信號T2。溫度T12的測量值(T12)m和風扇轉速的測量值(N)m可通過人們已知的置於渦輪噴氣發動機內的傳感器獲得，為此不再在此贅述。或者，可以使用傳感器所測溫度的一種更複雜和更精確的數字模型。美國專利US 5 080 496具體介紹了這樣一種模型。注意，在此處所述示例中，所要修正的是溫度T25的測量信號。然而，如上所述，本發明可應用於在渦輪噴氣發動機內所測的其他溫度，只要能得到這些溫度的變化的模型。由模塊20採用上述方式建模的信號T2然後被模塊30濾波，模塊30建模溫度傳感器的慣性。例如，該模塊30是帶有傳遞函數Hltl (ρ)的一階過濾器，傳遞函數Hltl (ρ)由如下公式給出，式中，τ是表示傳感器10的時間常數的參數，該參數由估算器模塊40估算， 將在下面參照圖3和圖4詳細介紹H10 (p) =而後，計算模塊50通過計算模擬信號T2和經濾波的模擬信號T3之間的差信號來對溫度傳感器10引入的滯後誤差信號ε _進行估算。滯後誤差ε lag而後通過修正模塊60加到傳感器10發送的測量信號Tl上。這就產生了經修正的測量信號T4，在這個測量信號中，溫度傳感器10所產生的滯後效應得到了補償。下面參照圖3和圖4介紹估算模塊40所使用方法主要步驟和實施裝置以便根據時間變化來估算溫度傳感器的時間常數τ。在此處所述實施例中，估算器模塊40應用了一種自適應算法來實時估算時間常數τ。更確切地說，時間常數τ是以給定時間t = nTe(式中，η是一個整數)從先前估算的該時間常數值中估算得出。根據本發明，測量信號Tl和模擬信號Τ2用來估算傳感器10的時間常數τ。更確切地說，在此處所述實施例中，第一信號Sl是通過區分測量信號Tl (步驟Ε10)來估算的， 而第二信號S2是通過區分模擬信號Τ2(步驟Ε20)來估算的。測量信號的導數Sl通過第一微分器模塊41來獲得。例如，這是適用於在時間t =nTe時從如下方程式中評估信號Sl的一階濾波器，其中，Sl[nTe]和Tl[nTe]分別表示在時間nTe時所採樣的信號Sl和Tl
權利要求
1.一種修正傳感器(10)輸送的溫度測量信號(Tl)的方法，所述方法包括 使用模擬信號0 對傳感器(10)測量的溫度進行數字建模的步驟；從模擬信號0 和對模擬信號濾波而獲得的信號CH)中估算所述傳感器滯後誤差信號(ε lag)的步驟，所述濾波器將傳感器時間常數(τ )的估算值作為參數；以及通過所估算的滯後誤差信號來修正傳感器(10)輸送的測量信號(Tl)的步驟； 所述方法的特徵在於，傳感器的時間常數是根據時間變化從測量信號(Tl)和模擬信號(1 中來估算的。
2.根據權利要求1所述的修正方法，其特徵在於，為了估算傳感器的時間常數，執行如下步驟(a)通過區分測量信號(Tl)和模擬信號(1 分別獲得(E10，E20)第一和第二信號(Si 和 S2)；(b)評估(E50)第一信號的絕對值和第二信號的絕對值之間的差(EPS)；以及(c)從該差值中估算(E80)傳感器的時間常數。
3.根據權利要求2所述的修正方法，其特徵在於，傳感器的時間常數是使用整數修正器型濾波器G6)來從差值中估算的，所述濾波器將預定增益(K)作為參數。
4.根據權利要求2或3所述的修正方法，其特徵在於，在估算時間常數的步驟(c)前， 將第一信號的絕對值與預定閾值進行比較(E60)。
5.根據權利要求2到4其中任一項所述的修正方法，其特徵在於，在估算時間常數的步驟(c)之後，驗證(E90)所估算的時間常數是在預定最小值和預定最大值之間。
6.一種修正傳感器(10)所輸送的溫度測量信號的系統(1)，所述系統包括 使用模擬信號來對傳感器(10)所測量溫度進行數字建模的裝置00)； 估算傳感器(10)時間常數的裝置GO)；濾波模擬信號的裝置(30)，該濾波器將傳感器的估算時間常數作為參數； 從模擬信號和濾波信號中估算傳感器的滯後誤差信號的裝置(50)；以及使用所估算的滯後誤差信號來修正傳感器(10)輸送的測量信號的裝置(60)； 所述系統的特徵在於，估算傳感器時間常數的裝置GO)適合於根據時間變化情況來從測量信號(Tl)和模擬信號(1 中估算該時間常數。
7.一種渦輪噴氣發動機，其特徵在於，其包括了至少一種根據權利要求6所述的系統， 該系統用來修正由傳感器輸送的溫度測量信號。
全文摘要
本發明的方法包括使用模擬信號(T2)對傳感器(10)所測量的溫度進行數字建模的步驟，從模擬信號(T2)和對模擬信號濾波後獲得的信號(T3)中估算所述傳感器的滯後誤差信號(εlag)的步驟，所述濾波器將傳感器時間常數(τ)的估算值作為參數，以及通過估算的滯後誤差信號來修正傳感器(10)所輸送測量信號(T1)的步驟，所述方法的特徵在於，傳感器的時間常數是根據時間的變化從測量信號(T1)和模擬信號(T2)中估算的。
文檔編號G01K13/02GK102239394SQ200980148500
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月8日 優先權日2008年12月9日
發明者賽德瑞克·德傑拉西 申請人:斯奈克瑪