CN101496013B

CN101496013B - 传感器的模拟系统

Info

Publication number: CN101496013B
Application number: CN2007800284054A
Authority: CN
Inventors: G·马佐; C·夫拉西克
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: US20090265153A1; CA2657082A1; BRPI0714107A2; FR2904450B1; EP2047390A2; WO2008015333A3; RU2417428C2; FR2904450A1; US8417500B2; WO2008015333A2; CA2657082C; JP4997290B2; RU2009107049A; CN101496013A; JP2009545792A

Abstract

本发明涉及到传感器模拟系统。所述模拟系统(1)包括发生器(3)，其根据以下参数：频率、幅度、相移和幅移，通过直接数字频率合成来产生数字信号；数模转换器(4)；及调制装置(6)，其对从数模转换器(4)所接收的信号进行调制。

Description

传感器的模拟系统

技术领域

本发明涉及对用来将物理参数转换成电信号的传感器的工作进行模拟的模拟系统。

背景技术

这种模拟系统虽然并不仅仅限于但却特别适合于对LVDT(线性可调差动互感器)，LVT(线性可调互感器)，RVDT(旋转可调差动互感器)，RVT(旋转可调互感器)，或RESOLVER(分解器)型传感器的工作情况进行模拟。众所周知，这些公知的传感器用来将(直线、角度)移动和角速度转换成为电信号。这些传感器特别是在航空学领域、更具体地说是在具有以下功用：油缸杆伸缩、油面位置控制、伺服阀滑板的移动和位置、发动机速度等的航空学领域中得到应用。这些传感器的有益之处基于如下事实：通过幅度调制得到关于位置和/或移动的信息。这种技术特别对噪声和电磁干扰给出了良好的抗扰性。更确切地说：

-LVDT型传感器是对与铁芯的运动成正比的电压进行调制的一种互感器。这种传感器包括一个由交流励磁信号馈电的初级线圈，以及两个次级线圈。铁芯在这些线圈内滑动而导引磁通量并在每个二次线圈中产生出电压，这些电压的幅度由铁芯的位置决定；

-RVDT型传感器与LVDT型传感器相似，但其使用旋转铁芯；

-LVT和RVT型传感器分别为LVDT和RVDT型传感器，但其装备一个次级线圈；及

-RESOLVER型传感器包括的不是铁芯而是一个起转子作用的励磁绕组，以及两个成90°配置以使起定子作用的次级绕组。

这些不同的传感器是伺服控制系统中的链节，其控制规律由计算机执行。

发明内容

本发明涉及到一种模拟系统，它能够使这样的传感器实现模拟并且特别可以使用它来使上述控制规律生效，或使测试过程自动化，要么就是用来测试那些难以用实际传感器模拟的特殊应用的边界条件，如噪声和相移的注入或可能的信息组合等。

所以，根据本发明，对用来将数字化物理参数转换成电信号之传感器的工作进行模拟的该模拟系统，其值得注意之处在于：它包括至少一个模拟组件，此组件包括：

-发生器，它在考虑了至少如下参数：频率、幅度、相位和幅度偏移，通过直接数字频率合成能够产生数字信号；

-数模转换器，它把由发生器产生的数字信号转换成模拟信号；及

-计算装置：

·它对从数模转换器接收的模拟信号进行调制以便形成能够对所述传感器的工作进行模拟的电信号；及

·它传输如此形成的电信号。

这样，由于本发明并如以下所详细说明的，就得到了具有许多优点的传感器模拟系统，特别是：

-得到了能够集成为可编程部件或ASIC(专用集成电路)型集成电路的廉价集成系统；

-对拥有几个相互协调同步的舱体模块的整个飞行器进行模拟的可能性；

-得到高性能，特别是涉及频率精度，瞬时频率转移和信道间相移控制的高性能；及

-对设备故障事件例如绕组损失，谐波畸变，信道间衰减，串扰，以及产生励磁时的故障等进行模拟的可能性。

根据本发明的模拟系统尤其可以用来模拟任何上述LVDT、LVT、RVDT、RVT和RESOLVER型传感器的工作。但是，这种模拟系统也可以用来模拟对飞行器至少一个具体参数如：滑行速度、燃油质量流量率、振动和/或发动机状态等进行测量的传感器的工作。

在本发明的范围内，并视模拟系统必须模拟的传感器型式而定，该模拟系统包括：

-要么是上述型式的一个单个模拟组件；

-要么是上述型式的多个模拟组件，这些组件再并联安装。

在后一种情况下，模拟系统最好还包括一个单独的发生装置，该装置能够产生可用来进行调制的载波并且与该模拟系统的所有计算装置相链接；以及一个同步装置(它使不同的发生器同步)。

在一个优选实施方案中，模拟组件的所述发生器包括：

-相位累加器，它进行信号的频率调制；

-移相器，它对从相位累加器接收的信号进行相位调制；

-存储器，它包括含有合成信号二进制描述的波表，并可以进行该信号的相位幅度变换；

-衰减器，它对从存储器接收的信号进行幅度调制；及

-加法装置，它能够把幅度偏移加到从衰减器接收的信号上并传输合成出来的信号。

而且，在一个具体实施方案中，所述发生器另外还可包括：

-同步装置，它能够使所述发生器与其他发生器并联连接；和/或

-内插器，它能够提高所述发生器之输出信号的信噪比；和/或

-列举装置(un moyen de récitation)，它能够降低正弦信号的下限频率同时又不用改变设计参数如：波表的大小(taille de la tabled′onde)和系统的频率。因此，不用改变这两个设计参数，此装置就能够获得降低到1/2至1/4的频率；和/或

-开关装置，它能够开关幅度调制源；和/或

-噪声限制装置，它能够对所述发生器的输出信号实现数字噪声限制。

附图中的各图使得能够很好地理解如何能实施本发明。在这些图中，相同的附图标记表示相同的元件。

附图说明

图1和图2为本发明的模拟系统分别在两个不同实施方案中的简要原理图。

图3是以本发明模拟系统组成部分的发生器为基础的一种实施方案的简要原理图。

图4简略地图解说明了本发明模拟系统组成部分的发生器的一个具体实施方案。

具体实施方式

根据本发明，在图1和2之不同实施方案中简略表示的模拟系统1用来模拟传感器(未示出)的工作，此传感器的目的一般来说是将物理参数转换成为电信号。

为此，所述模拟系统1包括至少一个模拟组件2，如图1中所示，其包括：

-发生器3，它在考虑了至少以下参数：频率、幅度和相位(通常还有幅度偏移和增益)，通过DDS(直接数字合成)型直接数字合成能够产生出数字信号；

-通用数模转换器4，它通过连接线5与发生器3相连接并把由发生器3产生的数字信号转换成模拟信号；及

-计算装置6：

·它通过连接线7与数模转换器4相连接；

·它对从转换器4接收的模拟信号进行调制以便形成能够模拟所述传感器工作的电信号；及

·它把如此形成的电信号通过连接线8传输至用户设备(未示出)。

这样，由于本发明并如以下所详细说明的，就得到了带来许多优点的传感器模拟系统1，特别是：

-对拥有几个相互协调同步舱体模块的整个飞行器进行模拟的可能性；

-得到了高性能，特别是涉及频率精度，瞬时频率转移和信道间相移控制的高性能；及

-对设备故障情况如绕组损失、谐波畸变、信道间衰减、串扰，以及产生励磁时的故障等进行模拟的可能性。

根据本发明的模拟系统1特别是可以用来模拟具有任何以下常用型式：LVDT、LVT、RVDT、RVT以及RESOLVER的传感器的工作。

众所周知：

-LVDT型传感器是对与铁芯的移动成正比的电压进行调制的一种互感器。这种传感器包括一个由交流励磁信号馈电的初级线圈，以及两个次级线圈。铁芯在这些线圈内滑动而导引磁通量并在每个二次线圈中产生出电压，这些电压的幅度由磁芯的位置决定；

-RVDT型传感器与LVDT型传感器相似，但其使用旋转铁芯；

-LVT型RVT型传感器分别为LVDT和RVDT型传感器，但其装备一个次级线圈；及

-RESOLVER型传感器包括的不是铁芯而是一个起转子作用的励磁绕组，以及成90°配置以便起定子作用的两个次级绕组。

不过，本发明的模拟系统1也可以用来模拟对飞行器具体参数，如滑行速度、燃油质量流量率、振动和/或发动机状态等进行测量的传感器。

能够对传感器进行模拟的所述模拟系统1特别能够用来：

-使包含此传感器的伺服控制系统的控制规律生效；和/或

-使测试过程自动化；和/或

-测试那些难以用实际传感器模拟的特殊应用的边界条件，如噪声和相移的注入或可能信息组合等。

在本发明的情况下并视模拟系统1必须模拟的传感器型式而定，模拟系统1包括：

-要么是上述型式的一个单个模拟组件2，如图1所示；

-要么是上述型式的多个模拟组件2，这些组件再并联安装，如图2所示。

在图2的典型实施方案中，模拟系统1包括两个模拟组件2(如图1中所表示的模拟组件2)，以及特别是以下元件：

-通常的同步装置9，其通过连接线10和11与两个模拟组件2各自的发生器3相连接。此同步装置9，其包括例如普通时钟，使这两个模拟组件2同步；及

-一个单独的发生装置12，其通过连接线13和14分别与乘法装置15和16相连接。此发生装置12以及乘法装置15和16构成计算装置6。这个发生装置12产生出载波Ve(t)[(其型式例如是Ve(t)＝Asin(WO.t)，其中A和WO为预先确定的参数，t表示时间)]，将其乘以各自转换器4的输出信号[分别为K1(t)和K2(t)]以便在模拟组件2的输出端分别获得以下输出信号V1(t)和V2(t)：

\{\begin{matrix} V 1 (t) = K 1 (t) . A . \sin (WO . t) \\ V 2 (t) = K 2 (t) . A . \sin (WO . t) \end{matrix}

乘法装置15、16可以是数字式的或由数模转换器的参数输入来实现的。

将会注意到同步装置9能够控制信号V1(t)与V2(t)间的相移以及如频率等参数的同时变化。

图2借助虚线矩形17和18分别画出了模拟系统1的数字部分和模拟部分。

当然，所述模拟系统1可以包括不同数量(三个、四个、等)的模拟组件2。

此外，在优选实施方案中，根据本发明之模拟系统1的每个模拟组件2的发生器3还包括如图3中所示的：

-相位累加器20，它进行信号的频率调制；

-移相器21，它通过连接线22与相位累加器20相连接并对从相位累加器20接收的信号进行相位调制；

-存储器23，它通过连接线24与移相器21相连接。此存储器23包含含有合成信号二进制描述的波表。它进行该信号的相位幅度变换；

-衰减器26，它通过连接线27与所述装置23(存储器)相连接并对从装置23接收的信号进行幅度调制；及

-加法装置28，它通过连接线29与衰减器26相连接，能够将幅度偏移加到从衰减器26所接收的信号上并通过连接线5传输所合成的信号。

发生器3利用了能够产生任意电波波型的电子功能。其基本原理在于列举波表并依据以下用数字表示的参数来产生电信号：

-频率；

-幅度；

-相位；及

-幅度偏移。

将会注意到在图3的发生器3上对装置20、21、23、26和28有一个来自外部分别相应于上述参数(频率、相位、波表说明、增益/幅度，偏移)的输入(未示出)。

在本发明的情况下，“列举”波表代表搜索波表的一种技术。像读页面的方式一样，方向是从上到下。机器以同样的方式开始对波表进行阅读以便列举出波表。相位累加器对表内地址进行扫描，通过递增从最低地址扫到最高地址。递增速率是要产生信号的频率的函数。频率越高，列举越快。输出信号的瞬时幅度与表内的各地址相对应。这样输出信号就受到了频率调制。

相位累加器20是发生器3的核芯。该相位累加器20为一N位寄存器(N＝M+T)，其递增速率由一个M位寄存器和时钟频率F_OSC决定。相位累加器20的最高位T能够对存储器22寻址。

相位累加器20接收与合成输出信号频率相对应的(调整字)二进制码TW。这个二进制码TW确定了相位的扫描速率，因此也确定了所产生信号的频率。相位累加器20在算术上要加上与先前结果相关的二进制码。因此，在二进制码为TW，持续时间为n时，累加器20的输出对应于以下值：(n+1)·TW。

因此累加器20输出的结果对应于一个坡道，其坡度由二进制码TW的数值决定。从累加器20输出的二进制字的字长更多地被限制在例如32位。

所以，无论什么时候(由操作员所做出的)二进制码TW数值上的变化都能够修改相位累加器20输出坡道的坡度，因而修改输出频率。

由于技术上的原因，对从累加器20的输出要进行截断，因为在三角学圆上的位置与每一瞬时输出数值相对应。所以只保留了相位累加器20输出结果的上部。因而输出信号由两部分组成：

-上部，其相应于输出信号的瞬时相位；及

-截断部，保留它用于对相位累加器20的反馈以限制截断(舍入)的影响。

此外，移相器21将相位累加器20输出信号的上部加到含有瞬时相位的寄存器上以便产生相位调制。所加的数值

在0°-360°之间。

并且，存储器23包含有合成信号的二进制说明。此存储器的内容是任意的。而此存储器23的容量则由相位累加器20输出的截断大小决定。所以存储器23的容量T符合以下规则：

T＝2^N-M

其中：

-N是二进制码TW的长度；及

-M是相位累加器20输出中的截断部的大小。

移相器21的输出对波表起指示字的作用。搜索此波表的快慢大体上由相位累加器20输入中的二进制码TW的数值决定。

此外，处在波表输出端的幅度调制器或衰减器26从波表中接收合成信号的瞬时幅度作为信息。衰减器26用存储器23的输出使幅度调制寄存器的内容倍增。

存储器23存储以相位累加器20的速率所列举的具有一定形状的波形。例如，这个波形可以是正弦形、三角形、或是任何其他种形状。

在发生器3必须使具有形状：

的信号So传输至其输出端时，信号So应这样形成，亦即使得：

-在相位累加器20输出端产生信号θt(确定了频率)；

-在移相器21输出端产生出信号

(其产生数值为

的相移)；

-在存储器23输出端产生出信号

(其确定波形，例如型式为[“sin”]的正弦形)；

-在衰减器26输出端产生出信号

(其产生数值为A的幅度调制)；以及

-在加法装置28输出端产生出信号

(其产生数值为B的幅度偏移)。

而且，在图4表示的一个具体实施方案中，所述发生器3另外还包括：

-同步装置30，它能够使发生器3与其他发生器并联连接。能够得到的同步方式特别是有：时间同步、频率同步、事件同步(触发)；

-内插器31(线性、二次等)，它通过例如连接线31A和24分别与装置23和移相器21相连接并且能够提高信噪比而同时又无需改变波表的大小。内插计算根据相位累加器20的小数部分进行。内插器31与装置23并联安装并与选择装置37相联，该选择装置37通过连接线37A、37B和37C分别与装置23、31和26相连接；

-列举装置32，它通过例如连接线33与相位累加器20相连接并能够以若干方式列举波表以便降低对正弦波形的频率下限而同时又不改变发生器3的二进制分辨率；

-开关装置34，它通过例如连接线35与衰减器26相连接并能够在内部(数字调制)或通过采集外部参考电压来开关幅度调制源；及

-噪声限制装置36，它安装在加法装置28的下游(其通过例如连接线36A与装置28相连接)并能对输出信号产生数字噪声限制以便使输出信号不含因可能的符号位错误而产生的跳跃。

Claims

1.对用来将数字化物理参数转换为电信号的传感器的工作进行模拟的模拟系统(1)，所述模拟系统(1)包括至少两个模拟组件(2)，所述模拟组件(2)包括：

-发生器(3)，该发生器(3)在考虑了至少以下参数：频率、幅度、相位和幅度偏移的情况下通过直接数字频率合成而能够产生数字信号；

-数模转换器(4)，该数模转换器(4)将所述发生器(3)产生的数字信号转换成模拟信号；及

-计算装置(6)，

·该计算装置(6)对从所述数模转换器(4)所接收的模拟信号进行调制以形成能够对传感器的工作进行模拟的电信号；及

·该计算装置(6)传输所形成的电信号；

其特征在于：

该模拟系统(1)还包括：单独的发生装置(12)和同步装置(9)，该发生装置(12)能够产生可用来进行调制的载波并且与所述模拟系统(1)的所有计算装置(6)相链接，所述同步装置(9)用于对该被包括于所述至少两个模拟组件(2)中的发生器(3)进行时间同步，其中，所述同步装置(9)用于对所述至少两个模拟组件(2)的输出信号之间的相移进行控制。

2.根据权利要求1所述的模拟系统，

其特征在于，

所述至少两个模拟组件(2)是并联安装的。

3.根据权利要求1或者2所述的模拟系统，

其特征在于，

该至少两个模拟组件(2)中的一个的该发生器(3)包括：

-相位累加器(20)，该相位累加器(20)对信号进行频率调制；

-移相器(21)，该移相器(21)对从相位累加器(20)接收的信号进行相位调制；

-存储器(23)，该存储器(23)包括含有合成信号二进制说明的波表并对该合成信号进行相位幅度变换；

-衰减器(26)，该衰减器(26)对从存储器(23)接收的信号进行幅度调制；及

-加法装置(28)，该加法装置(28)能够把幅度偏移加到从衰减器(26)所接收的信号上并传输合成出来的信号。

4.根据权利要求3所述的模拟系统，

其特征在于，

所述发生器(3)另外还包括另一同步装置(30)，该另一同步装置(30)能够使该发生器(3)与其他发生器(3)并联连接。

5.根据权利要求3所述的模拟系统，

其特征在于，

所述发生器(3)还包括内插器(31)，该内插器(31)能够改善该发生器(3)输出信号的信噪比。

6.根据权利要求3所述的模拟系统，

其特征在于，

所述发生器(3)还包括列举装置(32)，该列举装置(32)能够降低对正弦信号的频率下限而同时又不改变设计参数。

7.根据权利要求3所述的模拟系统，

其特征在于，

所述发生器(3)还包括开关装置(34)，所述开关装置(34)能够开关幅度调制源。

8.根据权利要求3所述的模拟系统，

其特征在于，

所述发生器(3)还包括噪声限制装置(36)，该噪声限制装置(36)能够对该发生器(3)的输出信号产生数字噪声限制。