一種轉速信號調理隔離模塊的製作方法

2023-05-23 00:54:01 3

一種轉速信號調理隔離模塊的製作方法
【專利摘要】本發明涉及航空發動機轉速測量【技術領域】，公開了一種轉速信號調理隔離模塊。其包括供電電源以及順次連接的抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路，抗雷擊電路的輸入端用於連接外部傳感器信號，隔離電路的輸出端用於連接發動機控制系統，供電電源為抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路供電。本發明包括了抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路，將本發明應用於航空發動機的轉速傳感器和發動機控制系統之間，起到傳感器信號調理、隔離和雷擊保護的作用。
【專利說明】一種轉速信號調理隔離模塊

【技術領域】
[0001]本發明涉及航空發動機轉速測量【技術領域】，更具體地，涉及一種轉速信號調理隔離模塊。

【背景技術】
[0002]在航空發動機控制中，發動機的工作狀態通過發動機轉子轉速來體現，轉速測量的準確與否直接關係到發動機的性能發揮，甚至影響飛行安全。因此，發動機轉速的準確測量顯得至關重要。
[0003]航空發動機轉速測量主要採用磁電式轉速傳感器。磁電式傳感器輸出信號為頻率特徵信號，信號的頻率與轉速一致，信號幅值隨頻率的增加單調增加。發動機的控制系統是複雜的電氣系統，電磁環境惡劣。轉速傳感器輸出信號在這種複雜電磁環境中容易受到幹擾，如果信號不能被正確處理，容易造成發動機控制系統對轉速的錯誤測量，引起發動機控制系統控制錯誤而導致飛行事故。
[0004]現有轉速測量技術一般採用簡單比較器來實現信號的整形，帶有簡單的輸入濾波技術，輸入輸出信號未隔離，且不帶有抗雷擊設計。現有廣泛使用的技術存在抗幹擾能力差、抗雷擊能力差、無輸入輸出信號隔離的缺點。主要表現在:
目前現有的航空發動機轉速處理電路對噪聲的抑制一般採用低通或帶通濾波的方法。採用濾波處理的電路對噪聲幹擾能起到一定的過濾作用，但是，由於轉速信號頻率範圍寬，信號頻率和噪聲頻率區間重疊，簡單的濾波技術不能很好地區分信號和噪聲，導致其濾波效果差。
[0005]當轉速傳感器或傳感器電纜遭受雷擊，或傳感器與飛機上其他高電壓電路短路時，高電壓突變信號竄入傳感器信號線路，如果電路未採用抗雷擊設計，高電壓信號會損壞轉速處理電路，甚至造成控制系統失效，影響飛行安全。
[0006]現有的航空發動機轉速測量電路一般未採用隔離技術，存在著安全隱患，如果調理電路發生故障，可能導致控制系統失效，造成無法預估的後果。


【發明內容】

[0007]本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷(不足),提供一種能夠對航空發動機上的轉速傳感器信號進行調理隔離和抗雷擊保護的轉速信號調理模塊。
[0008]為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:
提供一種轉速信號調理隔離模塊，包括供電電源以及順次連接的抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路，抗雷擊電路的輸入端用於連接外部傳感器信號，隔離電路的輸出端用於連接發動機控制系統，供電電源為抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路供電。
[0009]本發明包括了抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路，將本發明應用於航空發動機的轉速傳感器和發動機控制系統之間，起到傳感器信號調理、隔離和雷擊保護的作用。
[0010]上述方案中，所述抗雷擊電路包括電阻87、電阻[0、電阻[1、電阻町2、二極體01和二極體02 ；1？7 一端連接011 —端，07另一端和011另一端作為抗雷擊電路的信號輸入端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠，[1的另一端還連接公共地，町0 —端接公共地，另一端與87作為抗雷擊電路的信號輸入端的一端連接；01、02均與811並聯連接，其中01的正極和02的負極與811接公共地的一端相連接，02的負極還連接[2的一端，尺12的另一端以及02的正極連接至滯環比較電路。
[0011]本發明的抗雷擊電路可以限制進入模塊的電壓和電流，在傳感器信號或電纜遭受雷擊的情況下，保護模塊不被損壞。
[0012]上述方案中，所述抗雷擊電路還包括與87組成低通濾波器的電容03，03 一端與尺7一端連接，1？7的另一端和03的另一端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠。本發明利用電阻舊和電容03構成低通濾波器，可濾除傳感器信號上的部分高頻噪聲，降低噪聲對模塊信號轉換功能的幹擾。
[0013]上述方案中，所述滯環比較電路包括比較器晶片仍、電阻以、電阻…、電阻財、電阻尺13，口 1的引腳接公共地，口 1的兩個1即此輸入引腳分別連接[2的一端和02的正極，口 1的負電源引腳連接供電電源以及通過電容⑶接公共地，口 1的輸出引腳作為滯環比較電路的輸出端外接至隔離電路的正電源引腳連接供電電源以及通過電容接公共地；尺13、1？2和財的一端連接VI的第2引腳，813另一端接公共地，1？2的另一端接電源，財另一端連接至口 1的輸出引腳；口1的輸出引腳還通過…連接供電電源。
[0014]在本發明中的滯環比較電路中，可以利用813對電路的閾值電壓進行調節，閾值電壓根據控制系統對轉速的要求和傳感器的信號特徵進行設置。滯環比較電路對信號上的幹擾噪聲有較強的抑制作用，對各類交流信號具有很好的整形效果。在滯環比較電路能抑制噪聲的同時，解決了發動機控制系統中轉速傳感信號採集不準的問題。
[0015]上述方案中，所述隔離電路包括光耦晶片口2和三極體01，01的基極通過電阻尺8連接滯環比較電路的輸出端以及通過電阻陽連接供電電源，的發射極連接供電電源，的集電極通過電阻四連接口2的輸入信號正端引腳，口2的輸入信號負端引腳接公共地，口2的咖0引腳接地，112的輸出引腳作為隔尚電路的輸出地外接發動機控制系統，112的輸出引腳還通過電阻冊接供電電源，^2的^和%引腳連接供電電源。
[0016]本發明的隔離信號可以將模塊中輸入的傳感器信號和模塊隔離後的輸出信號完全隔離，即便電路受損，也不會將故障傳遞給發動機控制系統，對整個控制系統起到了隔離保護的作用。模塊隔離後的輸出為方波信號，可供發動機控制系統直接採集。
[0017]上述方案中，所述供電電源包括電源八以及第一開關式電源隔離轉換模塊？012町和第二開關式電源隔離轉換模塊？0121？2，電源似-匕輸入後產生工作電源
電源似-匕輸入？01詘2後產生工作電源+700分別與叭的發射極以及陽的一端連接，分別與以、1？3以及VI的負電源引腳連接，+^00.0與冊以及口2的乂⑶、乂6引腳連接。
[0018]本發明在供電電源中設置？01現1和？01現2，可以將供電電源和模塊的工作電源進行物理隔離，實現電源的隔離作用。
[0019]上述方案中，所述口2的輸出引腳連接有作為對外接口的第一接頭，第一接頭用於外接發動機控制系統。為了方便本發明的模塊對外進行連接，本發明通過第一接頭作為對外的輸出端，方便模塊的對外連接。
[0020]上述方案中，抗雷擊電路的信號輸入端連接有作為對外接口的第二接頭，第二接頭用於外接外部傳感器信號。為了方便本發明的模塊對外進行連接，本發明通過第二接頭作為對外的輸入端，方便模塊的對外連接。
[0021]與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是:
(1)本發明的轉速信號調理模塊作為航空發動機轉速傳感器信號和控制系統的中轉電路，提供了抗雷擊、除噪聲幹擾、隔離等作用，大大提高了發動機控制系統的安全性。
[0022](2)本發明在滯環比較電路中通過設置合理的滯環閾值，對噪聲幹擾有很好的抑制作用。而且在滯環電路能抑制噪聲的同時，解決了發動機控制系統中轉速傳感信號採集不準的問題。再者，本發明的電路還採用了抗雷擊設計，對上千伏的雷擊信號可起到保護作用，使過壓的傳感器信號不會損壞電路。並且，電路的輸入輸出採用了隔離技術，即便電路受損，也不會傳遞給發動機控制器，對整個控制系統起到了隔離保護的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發明一種轉速信號調理隔離模塊具體實施例的架構圖。
[0024]圖2為本發明一種轉速信號調理隔離模塊具體實施例中供電電源的具體實現電路圖。
[0025]圖3為本發明一種轉速信號調理隔離模塊具體實施例的具體實現電路圖。
[0026]圖4為本發明一種轉速信號調理隔離模塊具體實施例中第一接頭和第二接頭的具體實現電路圖。

【具體實施方式】
[0027]附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；
對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0028]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含所指示的技術特徵的數量。由此，限定的「第一」、「第二」的特徵可以明示或隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
[0029]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明的具體含義。
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
[0031]實施例1
如圖1所示，為本發明一種轉速信號調理隔離模塊具體實施例的架構圖。參見圖1本發明一種轉速信號調理隔離模塊，包括供電電源1以及順次連接的抗雷擊電路2、滯環比較電路3和隔離電路4，抗雷擊電路2的輸入端用於連接外部傳感器信號，隔離電路4的輸出端用於連接發動機控制系統，供電電源1為抗雷擊電路2、滯環比較電路3和隔離電路4供電。
[0032]其中，供電電源1通過電源70:」\供電，具體的電路圖如圖2所示:
供電電源包括電源似4以及第一開關式電源隔離轉換模塊？012町和第二開關式電源隔離轉換模塊？0121？2，電源似-匕輸入第一開關式電源隔離轉換模塊？012町後產生工作電源電源似-匕輸入開關式電源隔離轉換模塊？01現2後產生工作電源+700.0, 6^0^是供電電源地，6^0.8是和的公共地，6^0.0是的地。
和？0121？2是隔離電源，用於供電電源和模塊工作電源的物理隔離，？012[可以採用金昇陽出品的824051^3-1鼎2電源模塊，其輸入為+2470(:,輸出+570(: ；？01現1可以採用金昇陽出品的八24093-1182電源模塊，其輸入為+2470(:,輸出為正負970(^三個工作電源應用到本發明的轉速信號調理隔離模塊中為各個電路提供工作電源。
[0033]在具體實施過程中，抗雷擊電路可以採用如圖3所示的具體電路實現:
抗雷擊電路包括電阻87、電阻810、電阻811、電阻812、二極體01和二極體02 ；1？7 一端連接町1 一端，87另一端和811另一端作為抗雷擊電路的信號輸入端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠，如圖3所不，來自外部轉速傳感器的信號由1^+和處引入轉速信號調理隔離模塊，其中連接轉速傳感器信號正端，連接轉速傳感器的信號負端洱11的另一端還連接公共地(^08,810—端接公共地(^08,另一端與87作為抗雷擊電路的信號輸入端的一端連接；01、02均與811並聯連接，其中01的正極和02的負極與811接公共地(^08的一端相連接，02的負極還連接[2的一端，812的另一端以及02的正極連接至滯環比較電路。[0作為抗雷擊電路的一部分，其可以為轉速信號調理模塊設置一個合理的輸入阻抗。其中，抗雷擊電路中還包括與87組成低通濾波器的電容03，03 一端與尺7一端連接，1？7的另一端和03的另一端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠。
[0034]在抗雷擊電路中，810、87、811、812、03, 01和02構成模塊的抗雷擊電路，對輸入信號進行分壓、濾波和限幅處理。模塊電路的輸入阻抗由電阻[0決定#7和町1對輸入信號分壓，降低信號的幅值#7和03構成低通濾波器，濾除輸入信號中的高頻噪聲和幹擾成分#7和01、02構成限幅電路，將輸入信號鉗位於正負0.7\電壓範圍內，保證後級電路的安全。整個抗雷擊電路可以限制進入模塊的電壓和電流，在傳感器信號或電纜遭受雷擊的情況下，保護模塊不被損壞。而且利用電阻87和電容03構成低通濾波器，可濾除傳感器信號上的部分高頻噪聲，降低噪聲對模塊信號轉換功能的幹擾。
[0035]在具體實施過程中，滯環比較電路可以採用如圖3所示的具體電路實現:
滯環比較電路包括比較器晶片仍、電阻以、電阻83、電阻財、電阻813，VI的冊引腳(第1引腳)接公共地漏』1的兩個I聊七輸入引腳(第2引腳和第3引腳)分別連接尺12的一端和02的正極，VI的負電源引腳(第4引腳)連接電源以及通過電容⑶接公共地，VI的輸出引腳(第7引腳)作為滯環比較電路的輸出端外接至隔離電路，口 1的正電源引腳(第8引腳)連接電源以及通過電容接公共地(^08 ；1？13^2和財的一端連接VI的一個輸入引腳(第2引腳)，813另一端接公共地(^08, 1？2的另一端接電源財另一端連接至口 1的輸出引腳；口1的輸出引腳還通過…連接-其中，在滯環比較電路中，閾值電源可以根據傳感器信號特徵和發動機控制系統對轉速的要求調節不同的閾值。在具體應用中，似可以採用112110比較器晶片實現，具體連接時112110比較器晶片的8和8從/311?兩個引腳(第5和6引腳)通過並聯後通過電容04接地。
[0036]112110(^1)和82、83、財和813構成滯環比較電路，將任意波形的輸入信號調理整形為方波信號。112110晶片通過比較其3腳和2腳兩個輸入端的電壓差來決定其輸出狀態，由於晶片的輸出為集電極開路結構，所以存在「晶片7腳(輸出引腳)與(^08飽和導通」和「晶片7腳(輸出引腳)與(^08截止」兩種輸出狀態，不同輸出狀態下的7腳電位通過03、財和613組成的電阻網絡反饋回112110的輸入比較端2腳來設置其電位，從而對「電壓差由低到高」和「電壓差由高到低」兩種情況下的輸入信號設置不同的比較閾值，實現了滯環比較功能，通過改變町3的阻值可以改變電路滯環量。電路中電容04為112110晶片正常工作所需要的器件，電容和⑶是012110晶片的供電退耦電容。
[0037]在具體實施過程中，隔離電路可以採用如圖3所示的具體電路實現:
隔離電路包括光耦晶片和三極體01，01的基極通過電阻狀連接滯環比較電路的輸出端以及通過電阻陽連接01的發射極連接01的集電極通過電阻四連接口2的信號輸入正端(第2引腳)，口2的信號輸入負端(第3引腳)接公共地，口2的(^0引腳(第5引腳)接地，112的輸出引腳(第6引腳)作為隔尚電路的輸出外接發動機控制系統，口2的輸出引腳還通過電阻冊接口2的％0和%引腳(第7、8引腳)連接供電電源。⑶2是110^0600高速光耦晶片)
具體應用中，光耦晶片口2可以採用110^0600高速光耦晶片實現，具體連接時!10^0600的兩個引腳(第1和4引腳)懸空。
[0038]隔離電路由高速光耦晶片此?[0600 (^2),型三極體以及電阻咫、1？5、1？9和尺6構成，該電路使得傳感器信號輸出端與發動機控制器信號輸入端隔離，有效地保護髮動機控制器。三極體和電阻陽、狀構成共射極放大電路，當滯回比較器輸出低電平時，三極體飽和導通，使得光耦輸入端加載電壓，光耦內部發光二極體發光，進而使得光耦輸出端的光電三極體飽和導通，模塊輸出低電平；當滯回比較器輸出高電平時，三極體截止，光耦輸入端沒有電流流入，光耦輸出端截止，電阻冊的上拉作用使得模塊輸出高電平。由於傳感器信號負端接入光耦輸入端的地，光耦輸出端的地連接發動機控制器的地，又由於光耦輸入端和輸出端的地隔離，從而在電氣上隔離了傳感器和發動機控制器，保證控制器的安全。
[0039]在隔離電路中，口2起信號隔離作用，傳感器信號經過抗雷擊電路和滯環比較電路後轉換成開關信號，開關信號控制的通斷，的通斷控制似產生方波信號輸出，方波信號可供發動機控制系統直接採集。在模塊中對輸入輸出信號起隔離作用外，還可以隔離模塊電路故障，在模塊電路損壞的情況下，故障電路不會破壞發動機控制系統，起到故障隔離的作用。
[0040]在具體實施過程中，為了便於本發明的模塊連接外部電路，本具體實施例設置了第一接頭和第二接頭來作為對外接口。如圖4所示，似的輸出引腳連接至第一接頭1168(161-4的第4引腳，1168(161-4的第2、3引腳分別連接⑶0八和⑶【，1168(161-4的第4引腳用於外接發動機控制系統，06^1614的第1引腳通過二極體03連接電源似4 ；第二接頭068(161*2連接抗雷擊電路的信號輸入端，其兩個引腳用於外接外部傳感器信號1^+和
[0041]本發明的轉速信號調理隔離模塊的輸入信號可為正弦、三角、鋸齒等各種類型的交流信號，不僅可以用於轉速信號的調理，而且可以用於所有交流信號的調理，如渦輪流量計輸出信號等。模塊採用了輸入信號抗過壓設計，輸入信號範圍寬，信號峰峰值範圍(0.1 一 1300)伏；並且採用閾值電壓可調節的滯環比較電路，可以根據傳感器信號特徵和發動機數控系統對轉速的要求調節不同的閾值；利用隔離電路使模塊中輸入的傳感器信號和模塊隔離後的輸出信號完全隔離，模塊隔離後輸出為方波信號，隔離後的方波信號可供發動機控制系統直接採集。
[0042]相同或相似的標號對應相同或相似的部件；
附圖中描述位置關係的用於僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種轉速信號調理隔離模塊，其特徵在於，包括供電電源以及順次連接的抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路，抗雷擊電路的輸入端用於連接外部傳感器信號，隔離電路的輸出端用於連接發動機控制系統，供電電源為抗雷擊電路、滯環比較電路和隔離電路供電。
2.根據權利要求1所述的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述抗雷擊電路包括電阻R7、電阻R10、電阻R11、電阻R12、二極體Dl和二極體D2 ；R7 一端連接Rll —端，R7另一端和Rll另一端作為抗雷擊電路的信號輸入端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠，Rll的另一端還連接公共地，RlO 一端接公共地，另一端與R7作為抗雷擊電路的信號輸入端的一端連接；D1、D2均與Rll並聯連接，其中Dl的正極和D2的負極與Rll接公共地的一端相連接，D2的負極還連接R12的一端，R12的另一端以及D2的正極連接至滯環比較電路。
3.根據權利要求2所述的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述抗雷擊電路還包括與R7組成低通濾波器的電容C3，C3 —端與R7 —端連接，R7的另一端和C3的另一端分別用於連接外部傳感器信號的兩個輸出埠。
4.根據權利要求2所述的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述滯環比較電路包括比較器晶片U1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R13，U1的GND引腳接公共地，Ul的兩個Input輸入引腳分別連接R12的一端和D2的正極，Ul的負電源引腳連接供電電源以及通過電容C5接公共地，Ul的輸出引腳作為滯環比較電路的輸出端外接至隔離電路，Ul的正電源引腳連接供電電源以及通過電容Cl接公共地；R13、R2和R4的一端連接Ul的一個輸入引腳，R13另一端接公共地，R2的另一端接電源，R4另一端連接至Ul的輸出引腳；U1的輸出引腳還通過R3連接供電電源。
5.根據權利要求4所述的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述隔離電路包括光耦晶片U2和三極體Ql，Ql的基極通過電阻R8連接滯環比較電路的輸出端以及通過電阻R5連接供電電源，Ql的發射極連接供電電源，Ql的集電極通過電阻R9連接U2的信號輸入正端，U2的信號輸入負端接公共地，U2的GND引腳接地，U2的輸出引腳作為隔離電路的輸出地外接發動機控制系統，U2的輸出引腳還通過電阻R6接供電電源，U2的Vcc和Ve引腳連接供電電源。
6.根據權利要求5所的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述供電電源包括電源VCC-A以及第一開關式電源隔離轉換模塊POWERl和第二開關式電源隔離轉換模塊P0WER2，電源VCC-A輸入POWERl後產生工作電源+VCC_B、-VCC_B，電源VCC-A輸入P0WER2後產生工作電源+VCC_C，+VCC_B分別與Ql的發射極以及R5的一端連接，-VCC_B分別與R2、R3以及Ul的負電源引腳連接，+VCC_C與R6以及U2的Vcc、Ve引腳連接。
7.根據權利要求5所的轉速信號調理模塊，其特徵在於，所述U2的輸出引腳連接有作為對外接口的第一接頭，第一接頭用於外接發動機控制系統。
8.根據權利要求1至6任一項所的轉速信號調理模塊，其特徵在於，抗雷擊電路的信號輸入端連接有作為對外接口的第二接頭，第二接頭用於外接外部傳感器信號。
【文檔編號】G01P3/48GK104360097SQ201410694990
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】高廣華, 胡勇剛, 李拓彬 申請人:中國航空動力機械研究所