一種用於航空發動機的振動檢測系統的製作方法

2023-10-09 22:36:59

專利名稱：一種用於航空發動機的振動檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發動機的振動和轉速檢測和預警裝置，特別是一種以活塞式發動機為動力的教練機用發動機的振動和轉速檢測及預警裝置。
背景技術：
航空發動機從設計、製造到安裝、使用、維護、檢修有許多環節，任何環節的偏差都會造成航空發動機性能劣化或故障。同時，使用過程中航空發動機處於各種各樣的條件下，其內部必然會受到力、熱、摩擦等多種物理、化學作用，使其性能發生變化，最終導致航空發動機故障。航空發動機發生故障時，首先就會在振動特性上予以體現，就如同中醫的號脈一樣，人體有疾病時，脈搏就會發生變化。航空發動機在運行過程中振動發生的變化主要包括振動特性的變化和振動量級的變化，通過對這兩類變化進行實時的監控就可以相對較早的發現故障，提高安全性。在地面機務檢查工作中，由於以活塞式發動機為動力的教練機沒有發動機實時振動檢測及預警系統，維護飛機的質量對人的依賴性很大，技術好的機械師在做機務檢查時能夠發現可能的飛機發動機故障，而技術水平差的機械師可能會出現錯檢或漏檢的情況，直接威脅著飛行安全。在空中飛行中，有經驗的飛行員可依據儀表指示，飛行感覺及聲音判斷飛機發動機的工作狀態，並作出正確的處置，而年輕的飛行員卻很難正確的判斷發動機的工作狀態同時也無法作出正確的處置。發動機實時振動檢測及預警系統可以作為發動機的輔助判斷方法，在地面檢查中，可以為機務人員提供更為精確的發動機工作狀態信息，當發動機出現故障時，可以及時的發現，杜絕可能的飛行故障隱患，在空中飛行時，當發動機發生故障時，提前給出報警，以便飛行員及早處置，提高飛行安全。中國專利CN101469647公開了一種飛機渦輪發動機，其包括一個前風扇、一個位於風扇下遊的中間外殼，所述中間外殼帶有通過徑向臂連接到一起的外殼套和輪轂，以及一個帶有外殼套的排氣外殼，兩個外殼在同一個軸線X X上對準，外掛梁包括細長形的吊架機構，所述吊架機構在上遊通過一個前固定部分剛性固定到中間外殼的外殼套上，所述前固定部分包括一個傳輸軸向和側向力的裝置，在下遊通過後固定部分連接到所述排氣外殼上。該發動機在高速運轉時容易出現強烈的振動，但是該發動機上沒有裝載相應的振動檢測裝置，就容易在發動機運轉出現問題時不易被發現，從而導致危險。

實用新型內容為了解決上述現有技術中的問題，本實用新型提供了一種用於一種以活塞式發動機為動力的教練機中航空發動機的振動和轉速的檢測和預警裝置，包括數據採集單元、供電單元、A/D轉換單元、振動調理單元，轉速調理單元和平臺處理單元及預警單元；所述的數據採集單元由兩個部分組成，其中之一為振動信號檢測單元，所述振動信號檢測單元為壓電加速度傳感器檢測器，用來檢測電荷信號，另一個部分為轉速信號檢測單元，所述轉速信號檢測單元為發動機信號檢測電路，通關檢測電路來檢測發動機的交流電信號，並通過計數器轉化為數位訊號輸入平臺系統；所述振動調理單元和轉速調理單元都與A/D轉換單元相連，A/D轉換單元和平臺處理單元連接，平臺處理單元將A/D轉換器傳遞過來的信號進行處理，如果振動或者轉速發生問題就將信號傳遞給預警單元，預警單元發出報警信號，振動信號和轉速信號沒有出現問題就由平臺處理單元進行存儲。在上述任一方案中優選的是，所述振動信號調理單元配置成用於對振動信號進行前端限壓處理和後端跟隨處理，並完成信號衰減，使信號幅值的範圍達到正負5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用截止頻率為20KHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波。在上述任一方案中優選的是，轉速信號調理單元配置成用於對轉速信號前端限壓並完成信號衰減，使信號幅值的範圍達到5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用了截止頻率為IOKHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波。在上述任一方案中優選的是，所述A/D轉換單元採用12位A/D轉換晶片，具有12位高解析度，其採樣速率最高可達100K。在上述任一方案中優選的是，所述平臺處理單元採用嵌入式計算機系統，該嵌入式計算機系統具有ARM處理器，256M內存，4G非易失性存儲器，並配以網絡接口和串行接□。在上述任一方案中優選的是，所述振動定好和轉速信號處理單元採用GXl處理器和CS5530A系統晶片，集成了 810顯示晶片，支持AGP2X，具有128MB SDRAM的內存容量硬體檢測，並且內建Winbond W83627HF晶片以監視CPU溫度，系統溫度，電壓，在網絡上支持Wake-on Lan和可選Alert-on-LAN，在存儲方面採用CF卡作為外部程序和數據存儲介質，其配置成用於對兩路信號進行時差域分析。在上述任一方案中優選的是，所述平臺處理單元中的數據存儲設備採用並行方式儲存數據，在計算機啟動數據採集時，進行上一幀數據的處理和存儲，存儲採用DMA方式進行，用連續的數據堆，向高速固態存儲設備進行批量數據傳遞。在上述任一方案中優選的是，所述平臺處理系統包含網絡通訊系統，所述網絡通訊單元配置成用於與其他計算機平臺或者伺服器進行數據交換。在上述任一方案中優選的是，所述預警單元，該預警單元通過對計算的振動總量進行分析處理，並按照預存的振動量級映射表，映射為1-90級的振動量級，並把振動量級通過數碼管顯示在主控計算機面板上。在上述任一方案中優選的是，所述振動檢測單元中還配備有12V供電單元，其採用高精度線性電源對數據採集單元、振動信號調理單元、轉速信號調理單元以及數據處理單元進行供電，其具有過流、短路、過熱、過壓保護的功能，紋波係數小於1%，使用工作效率大於85%，供電電流大於3A，能提提供防震、防水、防腐蝕、防黴菌的防護能力，工作環境溫度為一25度 60度。按照實用新型的數據檢測單元能夠有效的記錄和實時的分析發動機工作過程的振動數據，提供與地面設備連接的接口，讓地面人員可以分析和記錄數據，針對每臺發動機都建立一個資料庫系統，可以存儲和查詢所有該發動機的振動數據，利於機務人員分析和了解該發動機的健康狀態，為其後的地面檢修提供意見和建議。

[0016]圖1為所述本實用新型航天發動機的振動檢測系統的一個優選實施例框架結合圖。附圖編號數據採集單元1、振動信號調理單元2、轉速信號調理單元3、A/D轉換單元4、平臺處理單元5、報警單元6、供電單元具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。參照圖1，圖1示出了一種用於以活塞式發動機為動力的教練機中發動機的振動檢測系統，其包括數據採集單元1、振動信號調理單元2以及轉速信號調理單元3，其中數據採集單元I支持DMA傳輸方式和直接埠操作能力，同時提供了 IK的FIFO，此外，數據採集單元I自身提供時鐘，用硬體定時器完成採樣頻率的設置，其主要用於採集發動機的振動信號和轉速信號，其中，對于振動信號，由於是高頻信號，其頻率帶寬為IHflOKHz,因而採用20KHz的模數轉換率來實現信號採集，對於轉速信號，由於其信號頻率較低，同時，由於轉速信號品質很好，信噪比很高，所以採用20KHz的採樣頻率。數據採集單元I將採集到的振動信號和轉速信號通過獨立的兩個通道傳送至振動信號調理單元2和轉速信號調理單元3，其中，振動信號調理單元2主要用於對振動信號進行前端限壓處理和後端跟隨處理，並完成信號衰減，使信號幅值的範圍達到正負5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用截止頻率為20KHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波，轉速信號調理單元3主要用於對轉速信號前端限壓並完成了信號衰減，使信號幅值的範圍達到5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用了截止頻率為IOKHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波。這樣，系統對不同的信號分別處理，並針對每一個通道獨立地進行信號調理。在該振動檢測系統中，振動信號調理單元2和轉速信號調理單元3與A/D轉換單元4相連接，該A/D轉換單元4採用12位A/D轉換晶片，具有12位高解析度，其採樣速率最聞可達100K。在該振動檢測系統中，A/D轉換單元4與平臺處理單元5相連接，其中，該計算機平臺5採用嵌入式計算機系統，該嵌入式計算機系統具有ARM處理器，256M內存，4G非易失性存儲器，並配以網絡接口和串行接口，此外，該計算機平臺5配備有電源，該電源的輸入電壓為27V，且具有安全保護、輸出電壓短路保護、輸出過電壓保護以及除錯後自動回復功能。平臺處理單元5與中包含數據處理單元，其中，數據處理單元採用GXl處理器和CS5530A系統晶片，集成了 810顯示晶片，支持AGP2X，具有128MB SDRAM的內存容量硬體檢測，並且內建Winbond W83627HF晶片以監視CPU溫度，系統溫度，電壓，在網絡上支持Wake-on Lan和可選Alert-on-LAN，在存儲方面採用了 CF卡作為外部程序和數據存儲介質，其用於對兩個時域信號進行時差域分析。數據處理單元包含數據存儲單元、數據顯示單元、數據回收單元以及網絡通訊單元，其中，數據存儲單元採用並行方式儲存數據，在平臺處理單元5啟動數據採集時，進行上一幀數據的處理和存儲，存儲採用DMA方式進行；數據顯示單元用於顯示上一幀的數據；數據回放單元採用回放技術，記錄實測數據，並可在離線的情況下，將數據進行回放，操作人員可實際選擇查看數據及對應的信號；網絡通訊單元用於與其他計算機平臺或者伺服器進行數據交換。[0027]此外，平臺處理單元還連接有報警單元6，該報警單元6通過對計算的振動總量進行分析處理，並按照預存的振動量級映射表，映射為1-90級的振動量級，並把振動量級通過數碼管顯示在主控計算機面板上。在該振動檢測系統中還配備有12V供電單元7，其採用高精度線性電源對數據採集單元1、振動信號調理單元2、轉速信號調理單元3以及數據處理單元進行供電，該供電單元7具有可靠性高、輸入電壓範圍寬、高穩壓精度、寬工作溫度、高使用效率、無電磁幹擾等特點，具有過流、短路、過熱、過壓保護功能，紋波係數小於1%，使用工作效率大於85%，供電電流大於3A，能提提供防震、防水、防腐蝕、防黴菌等防護能力，隔離電壓和隔離電阻高，工作環境溫度為一 25C 60C，這樣可以很好的保證系統的安全運行。
權利要求1.一種用於航空發動機的振動檢測系統，其包括數據採集單元、振動信號調理單元以及轉速信號調理單元，其中數據採集單元支持DMA傳輸方式和直接埠操作能力，其配置地用於採集發動機的振動信號和轉速信號，並將採集到的振動信號和轉速信號通過獨立的兩個通道傳送至振動信號調理單元和轉速信號調理單元，其特徵在於:振動信號調理單元和轉速信號調理單元與A/D轉換單元相連接，A/D轉換單元與計算機平臺相連接，計算機平臺與數據處理單元通過數據線相連接，數據處理單元同時包括數據存儲單元、數據顯示單元、數據回收單元以及網絡通訊單元。
2.如權利要求1所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述數據採集單元自身提供時鐘，用硬體定時器完成採樣頻率的設置。
3.如權利要求2所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述振動信號調理單元配置成用於對振動信號進行前端限壓處理和後端跟隨處理，並完成信號衰減，使信號幅值的範圍達到正負5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用截止頻率為20KHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波。
4.如權利要求3所述的振動檢測系統，其特徵在於:轉速信號調理單元配置成用於對轉速信號前端限壓並完成信號衰減，使信號幅值的範圍達到5V的範圍內，在完成信號隔離後對信號採用了截止頻率為IOKHz的4階巴特沃司型的濾波器進行濾波。
5.如權利要求1所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述A/D轉換單元採用12位A/D轉換晶片，具有12位高解析度，其採樣速率最高可達100K。
6.如權利要求1-5中任一項所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述計算機平臺採用嵌入式計算機系統，該嵌入式計算機系統具有ARM處理器，256M內存，4G非易失性存儲器，並配以網絡接口和串行接口。
7.如權利要求6所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述該計算機平臺配備有電源，該電源的輸入電壓為27V，且具有安全保護、輸出電壓短路保護、輸出過電壓保護以及除錯後自動回復功能。
8.如權利要求7所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述數據處理單元採用GXl處理器和CS5530A系統晶片，集成了 810顯示晶片，支持AGP2X，具有128MB SDRAM的內存容量硬體檢測，並且內建Winbond W83627HF晶片以監視CPU溫度，系統溫度，電壓，在網絡上支持Wake-on Lan和可選Alert-on-LAN，在存儲方面採用CF卡作為外部程序和數據存儲介質，其配置成用於對兩路信號進行時差域分析。
9.如權利要求8所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述數據存儲單元採用並行方式儲存數據，在計算機平臺啟動數據採集時，進行上一幀數據的處理和存儲，存儲採用DMA方式進行，用連續的數據堆，向高速固態存儲設備進行批量數據傳遞。
10.如權利要求9所述的振動檢測系統，其特徵在於:所述數據顯示單元配置地用於顯示上一巾貞的數據。
專利摘要本實用新型涉及用於航空發動機的振動檢測系統，包括數據採集單元、振動信號調理單元以及轉速信號調理單元，其中數據採集單元支持DMA傳輸方式和直接埠操作能力，其配置地用於採集發動機的振動信號和轉速信號，並將採集到的振動信號和轉速信號通過獨立的兩個通道傳送至振動信號調理單元和轉速信號調理單元，振動信號調理單元和轉速信號調理單元與A/D轉換單元相連接，A/D轉換單元與計算機平臺相連接，計算機平臺與數據處理單元通過數據線相連接。本檢測系統能夠有效地記錄和實時地分析發動機工作過程的振動數據，讓工作人員可以存儲和查詢所有該發動機的振動數據，利於機務人員分析和了解該發動機的健康狀態，為其後的地面檢修提供意見和建議。
文檔編號G01M15/12GK203011696SQ20132002409
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者商旭升, 李江紅, 吳朝暉, 逄妍立, 許東風, 王遠 申請人:商旭升, 李江紅, 吳朝暉, 逄妍立, 許東風, 王遠