CN101535781A - 用于机载测定探测器的多传感器测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测定系统的多传感器装置，该多传感器装置包括：销(160)，用于沿着轴线插入电容探测器(100)中，以便相对于所述探测器保持在预定的轴向位置；载体(200)，在该载体上安装有多个传感器(210)；固定装置(180，185，190，195)，用于沿所述轴线在距所述销的预定距离处固定所述载体。
Description
技术领域
本发明涉及燃料测定系统的领域，尤其涉及用于航空工程的燃料测定系统。
背景技术
由现有技术可知用于测量飞行器燃料箱中的燃料量的多种类型探测器。最常用的是电容类型的测量探测器，该探测器包括同轴嵌套设置的两个圆柱形管形式的电极。探测器的两个端部打开以便燃料自由进入两个电极之间的空间中。由两个电极形成的电容器的电容线性地取决于两个管之间的燃料柱的高度。例如在专利申请FR-A-2582396中可以找到的关于这种电容探测器的描述。
然而，电容探测器不能完全满足要求。事实上，所测量的电容值是燃料的介质系数的函数。然而，随着燃料的供应，燃料的介质系数按照燃料质量以及水对燃料的污染率来变化。为了防止测量错误，设置集成了不同类型传感器的复杂测定系统。实际上，该系统包括多个电容探测器(即初级探测器)、高水平检测器、低水平检测器以及介电常数、密度、温度传感器等等。最后，大部分飞机还配备有第二种类型的测量探测器，即次级探测器，该次级探测器可以在初级探测器发生故障时在地面上使用。这些次级探测器典型地使用与浮子连在一起的磁铁，磁铁根据燃料高度相对于磁通量传感器移动。尤其在专利申请DE-A-4128178中将会找到这种MFLI(磁性油尺)探测器的描述。
上述传感器或者MFLI探测器的安装经常需要对燃料箱以及机翼的下壁板进行多点钻孔。在这种情况下，必须进行密封安装，这必然导致泄露燃料的危险并且使维护操作复杂化。此外，必须在钻孔的周围局部地加入加固件，这增大了设备的重量。
本发明的第一目的是提供一种容易安装和维护的燃料测定系统，该系统无需对燃料箱钻孔。
本发明的第二目的是提供一种具有微电机(MEMS)传感器的测量装置，该测量装置可以容易地集成在现有的测定系统中。
发明内容
本发明由用于测定系统的多传感器测量装置来定义，该多传感器测量装置包括：
-销，用于沿着轴线插入电容探测器中，以便相对于所述探测器采用预定义轴向位置；
-载体，在所述载体上安装有多个传感器；
-固定装置，用于沿所述轴线在距所述销的预定距离处固定所述载体。
有利地，所述多个传感器包括至少一个MEMS传感器。
优选地，所述多个传感器包括至少一个压力传感器和至少一个密度传感器。所述测量装置还可以包括至少一个介电常数传感器。
根据一个实施例，所述多个传感器包括本质相同的传感器。
有利地，所述固定装置包括安装在所述销上的第一固定装置，以及通过快速固定装置安装在所述第一固定装置上的第二固定装置，当所述快速固定装置被锁定时，所述载体限定在所述第一固定装置和所述第二固定装置之间。
根据一个实施例，所述销具有环形形状并且具有轴向螺纹膛孔。
优选地，所述第一固定装置由第一圆柱形元件形成，所述第一圆柱形元件与所述销同轴，并且在所述第一圆柱形元件的上部具有螺纹管状头部，所述螺纹管状头部用于旋拧在所述膛孔中，所述圆柱形元件由轴向孔贯穿。
优选地，所述第二固定装置由第二圆柱形元件形成，所述第二圆柱形元件与所述第一圆柱形元件同轴，并且由轴向孔贯穿。
有利地，分别在第一圆柱形元件的下表面和第二圆柱形元件的上表面中相对地设置有第一和第二环形凹槽，所述载体由环形薄片形成，所述环形薄片的上部无阻碍地插入所述第一凹槽中，并且所述环形薄片的下部无阻碍地插入所述第二凹槽中。
在所述环形薄片的外表面可以安装有由不同传感器共有的连接接口，因此，在所述传感器和所述接口之间的连接线被埋入所述薄片的材料中。
有利地，所述薄片的材料是聚碳酸酯。
有利地，为了保护传感器，所述传感器安装在所述环形薄片的内表面上。
根据第一种变型，所述快速固定装置一方面包括安装在所述第一和第二圆柱形元件中的一个元件上的销钉，并且另一方面包括设置在另一元件中的与所述销钉相对应的膛孔，所述销钉的尺寸被定义为能够用力插入对应的所述膛孔中。
根据第二种变型，所述快速固定装置一方面包括属于所述第一和第二圆柱形元件中的一个元件的锁紧爪(doigts d’encliquetage)，另一方面包括设置在另一个元件中的与所述锁紧爪相对应的槽，所述爪用于卡在对应的所述槽中。
本发明还涉及一种机载燃料测定系统，包括：
-多个电容探测器，以预定的高度安装在多个燃料箱中；
-多个诸如上述定义的多传感器测量装置，所述装置分别安装在所述电容探测器中；
-多个本地处理器，每个本地处理器用于对来自所述电容探测器以及连接所述电容探测器的所述多传感器测量装置的测量数据进行处理；
-中央处理器，用于根据如此处理的数据以及所述多个燃料箱的几何特征来计算所述燃料箱包含的燃料量。
所述测定系统还可以包括多个辅助传感器，所述多个辅助传感器安装在所述多个燃料箱中，每个辅助传感器属于由高水平传感器(détecteur de niveau haut)、低水平传感器、水传感器以及温度传感器组成的整体，每个辅助传感器连接所述本地处理器，所述本地处理器用于处理来自所辅助传感器的测量数据。
有利地，所述辅助传感器是MEMS传感器。
有利地，为了保护这些传感器，每个MEMS传感器安装在卡架(étrier)的内表面上，所述卡架的脚被螺栓固定在飞行器的内部结构上。
附图说明
参照附图，本发明的其它特征和优点将会在本发明优选实施例的描述中显现出来，其中：
图1示出了装备有根据本发明实施例的多传感器测量装置的电容探测器；
图2示出了根据本发明实施例的多传感器测量装置的分解图；
图3示出了多传感器测量装置的一部分的轴向剖面图；
图4示出了根据本发明测量装置的元件的俯视图；
图5示出了使用根据本发明多传感器测量装置的机载测定系统；
图6示出了属于图5中所示测定系统的辅助传感器的安装细节图；
具体实施方式
基于本发明的方法是利用初级电容探测器，以便在该初级电容探测器上集成多传感器测量装置，尤其集成具有MEMS传感器的多传感器测量装置。
图1示出了已经装备了根据本发明的多传感器测量装置150的现有技术中的电容探测器100。电容探测器包括两个同轴的金属圆柱形管110，120，外管120通过绝缘环箍130，140以预定高度固定在燃料箱的内部结构上。内管110没有达到外管120的下端，以便在电容探测器的底部留有可用的自由空间。如在更后面可以看到地，多传感器测量装置150有利地插入该可用空间中。
根据第一变型，每个电容探测器100和每个多传感器测量装置150都拥有它们自己的连接器，分别由标号135和145标出。连接线141传送低电压信号，并且连接线优选地包有护套以便抵抗电磁干扰，尤其抵抗由连接线131上传送的信号产生的电磁干扰。
根据第二变型(未示出)，来自电容探测器100和测量装置150的传感器的信号，在通过数据线传送至测定系统的中央处理器之前由本地处理器处理，有利地该本地处理器无需安装在测量装置中。
图2示出了电容探测器的下部以及测量装置150的详细结构的分解图。
多传感器测量装置主要包括销160、第一圆柱形元件180和第二圆柱形元件190。销160具有环形元件的形式，该环形元件的外径近似等于圆柱形管120的内径，并且销160被用力安装在圆柱形管120的内部且无变形。一旦安置了销，则销的底部与管的下端对齐。因此，销沿电容探测器轴线的位置被完全限定。销位于内圆柱形管110的下面，以便电容的测量不受销的影响。销具有轴向螺纹膛孔161，螺纹管状头部181旋拧在该螺纹膛孔中，该该螺纹管状头部属于第一圆柱形元件180的一部分。
第一圆柱形元件180的外径近似等于管120的外径。第一圆柱形元件的上部包括螺纹管状头部181，该螺纹管状头部用于旋拧在销中。因此，当第一圆柱形元件被拧紧时，由销和管构成的整体抵靠在肩182上。然而如图所示，有利地可以将垫圈170安置在肩182上以便当拧紧第一圆柱形元件时避免损坏管120。可替换地，根据一个变型(未示出)，销的底部可以具有肩，该肩的直径等于或大于管的外径，因此，管的底部直接抵靠在该肩上。
优选地，圆柱形元件180的外表面至少在它的高度部分183上被滚花，以便容易拧紧。并且更后面将会详细描述到，该元件的下部包括第一快速固定装置185(在图2中未示出)。
第二圆柱形元件190的外径也近似等于管120的外径，并且第二圆柱形元件的外表面有利地至少在它的高度部分193上被滚花。第二快速固定装置195属于元件190的一部分或者被固定在元件190的上部。第一和第二快速固定装置185，195彼此配合以便使第一和第二圆柱形元件180和190连在一起。
根据实施例的第一变型，第二快速固定装置195由销钉构成，该销钉平行于第二圆柱形元件190的旋转轴设置并且安装在第二圆柱形元件的上部。因此，第一快速固定装置由第一圆柱形元件180的下部中的膛孔185构成。销钉的尺寸被定义为可以用力插入对应的膛孔中。
可替换地，销钉可以设置在第一圆柱形元件上，并且膛孔可以设置在第二圆柱形元件中。
优选地，销钉和对应的膛孔按照均匀角度分布来设置，以便当拧紧时分担机械应力。
根据实施例的第二变型(未示出)，第二快速固定装置由锁紧爪构成，该锁紧爪是弹性可变形的并且在一个或多个近似平行于第二圆柱形元件的旋转轴的方向上延伸。每个爪包括带有倾斜面的端部，该端部可以插入设置在第一圆柱形部分180的下部中的环形槽中。
可替换地，锁紧爪可以设置在第一圆柱形元件上，并且槽可以设置在第二圆柱形元件中。
有利地，爪按照均匀角度分布来设置。
最后，在不超出本发明范围的情况下，本领域技术人员也可以考虑其它类型的快速固定装置。
有利地，两个圆柱形元件由热塑材料制成，并且必要时，快速固定装置也可以由热塑材料制成。
图3示出了通过快速固定装置组装的两个圆柱形元件的轴向截面图，此处，快速固定装置通过销钉195和对应的膛孔185实现。
第一和第二快速固定装置还充当两个圆柱形元件180和190之间的隔离装置，从而在两个圆柱形元件之间保持预定距离D。
环形凹槽187和197分别设置在第一圆柱形元件的下表面和第二圆柱形元件的上表面。当两个元件通过快速固定装置的锁定而连在一起时，这两个凹槽彼此相对。
具有MEMS传感器210的环形薄片200被安装在两个圆柱形元件之间。环形薄片的厚度被选择为小于凹槽187和197的宽度，环形薄片的高度被选择为略微小于D+g1+g2，其中g1和g2分别是两个凹槽的深度。由于这些间隙，当薄片被安置在两个圆柱形元件180和190之间时，薄片在这些凹槽的内部保持旋转自由度。此外，在垂直轴上测量的在载体200和销160的底部之间的距离被完全确定。因此，一旦电容探测器以预定高度安装在燃料箱中，传感器的高度完全已知。
第一和第二圆柱形元件180和190分别由具有足够大直径的轴向孔221，222穿过，以便燃料一方面可以在第一和第二圆柱形元件之间自由流通，另一方面可以在第一圆柱形元件和管120之间自由流通。另外，快速固定装置的数量和角度延伸被选择为足够小，以便燃料在区域220和环形薄片200之间自由流通。因此，保证传感器永久接触燃料。
图4示出了第二圆柱形元件190的俯视图。在图中，可看到第二快速固定装置(由销钉构成)、环形槽197以及燃料的流通孔222。
环形薄片200由绝缘材料制成，优选地由聚碳酸酯制成。传感器210安装在环形薄片的内表面上，以便操作人员可以在不损坏这些传感器的情况下操纵环形薄片。不同传感器共有的连接接口213安装在环形薄片的外表面上。有利地，连接接口通过埋在薄片材料中的线连接传感器。连接器215可以与连接接口连接以便将传感器连接到本地处理器或中央处理器上。环形薄片200在凹槽187和197中的旋转允许在接口213和连接器215之间容易进行连接操作，该连接操作不依靠连接器的位置。
当传感器中的一个出现问题时，第二圆柱形元件可以容易地拆下，从而替换环形薄片。
有利地，传感器210包括一个MEMS传感器，优选地包括多个MEMS传感器。这些传感器中的某些具有测量燃料物理化学特性(尤其燃料的密度、黏滞度(viscosité)、介电常数)的功能。例如在专利申请US2002/0194906中可以找到一种MEMS传感器，它能够测量流体的密度和黏滞度。通过机械地改变电容器板片的距离或面积，介电常数的测量可以通过测量电容器的电容来获得。
更传统的微电子传感器，尤其介电常数传感器或压力传感器也可以设置在环形薄片200上。因此，介电常数的测量可以通过测量标准电容器的电容来实现，并且压力的测量可以通过测量压电传感器的压力来实现。
必要时，传感器中的某些将会是本质相同的，即出于安全性或者通过测量平均数减小噪音的原因，可以设置多个相同的传感器。
燃料高度的初级测量例如将会通过测量由电容探测器提供的电容以及测量由多传感器装置提供的介电常数来获得。
燃料高度的次级测量例如将会根据测量由多传感器装置提供的压力和密度来获得。因此无需安装次级探测器MFLI并且克服了与它相关的缺点。
来自不同传感器的测量数据通过数据线传送到本地处理器或者默认地传送到测定系统的中央处理器。电容、介电常数、压力和密度的测量可以由本地处理器处理，所述本地处理器有利地安装或埋在第二圆柱形元件190的主体中。可替换地，本地处理器可以设置在该元件外面，以便处理来自多个电容探测器以及与它们相关的多传感器装置的测量数据。
本地处理器可以用于过滤和多路传输它所接收到的数据。根据一个变型，本地处理器执行计算，该计算能够获得燃料高度的初级和/或次级测量，并且本地处理器将初级和/或次级测量传送给中央处理器。必要时，在本地处理器和中央处理器之间的连通将会通过无线连接方法来实现。
图5示出了机载燃料测定系统300。该系统包括：中央处理器310；一个或多个数据集中器315(如有必要)；本地处理器320；电容探测器100，在该电容探测器上安装有多传感器测量装置150，电容探测器和多传感器测量装置被标注为P；以及辅助传感器350，所述辅助传感器在更后面将会详细描述。
每个本地处理器320连接多个电容探测器(装备有多传感器装置)以及位于所述电容探测器附近的辅助传感器350。如有必要，由本地处理器处理的数据在被传送至中央处理器之前由数据集中器集中。
尤其，中央处理器一方面按照分别由电容探测器和多传感器装置提供的初级和/或次级测量值来计算燃料量，另一方面按照燃料箱的几何尺寸来计算燃料量。此外，测定系统的中央处理器处理来自辅助传感器的测量值，并且必要时，将对应的警报发送到飞行警报系统。
在辅助传感器350中，包括温度传感器351、低水平传感器352、高水平传感器353以及水传感器354。
温度传感器351尤其安装在外部燃料箱中，更显著地，外部燃料箱承受很大的温度变化。事实上，当燃料温度变得太低或太高时，应该通知驾驶舱，这种情况可以影响飞机的良好性能：太低的温度增大燃料的黏滞度并且可能导致燃料抽送困难，而当温度太高时，会在发动机供给系统中造成气阻。
有利地，低水平传感器安置在不同燃料箱的最低位置，并且高水平传感器安置在可以在平衡的燃料箱中产生溢出的位置的上面。
优选地，水传感器安置在燃料箱的较低位置，由于水的密度比煤油的密度更大，水能够存在于该位置。有利地，水传感器也可以设置在某些电容探测器的附近，以便能够识别测定系统中的故障。
有利地，温度传感器、高和低水平传感器、水传感器是MEMS传感器。
图6示出了安装在卡架410的内表面上的传感器350。卡架的脚411被螺栓412和固定螺母413固定在飞行器的内部结构上，例如固定在机翼的梁跨(travée)420上。传感器350安置在飞机的结构和卡架410之间以便防止撞击，当进行检查和维修操作时，这能够显著地降低损坏的危险。传感器的连接可以容易地通过多针连接器415实现。
另外，应当注意，由于卡架固定在机翼梁跨上，传感器的安装不需要对燃料箱钻孔。此外，在传感器发生故障的情况下，卡架可以容易地取下，从而替换传感器。
Claims (18)
1.一种用于测定系统的多传感器测量装置，其特征在于，所述多传感器装置包括：
-销(160)，用于沿着轴线插入电容探测器(100)中，以便相对于所述探测器保持在预定的轴向位置；
-载体(200)，在所述载体上安装有多个传感器(210)，所述多个传感器包括至少一个MEMS传感器；
-固定装置(180，185，190，195)，用于沿所述轴线在距所述销的预定距离处固定所述载体。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述多个传感器包括至少一个压力传感器和至少一个密度传感器。
3.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括至少一个介电常数传感器。
4.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述多个传感器包括本质相同的传感器。
5.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述固定装置包括安装在所述销上的第一固定装置(180)、以及通过快速固定装置(185，195)安装在所述第一固定装置上的第二固定装置(190)，当所述快速固定装置被锁定时，所述载体(200)限定在所述第一固定装置和所述第二固定装置之间。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述销(160)具有环形形状并且具有轴向螺纹膛孔(161)。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述第一固定装置(180)由第一圆柱形元件形成，所述第一圆柱形元件与所述销同轴，并且在所述第一圆柱形元件的上部具有螺纹管状头部(181)，所述螺纹管状头部用于旋拧在所述膛孔中，所述圆柱形元件由轴向孔(221)贯穿。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述第二固定装置(190)由第二圆柱形元件形成，所述第二圆柱形元件与所述第一圆柱形元件同轴，并且由轴向孔(222)贯穿。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，分别在所述第一圆柱形元件的下表面和所述第二圆柱形元件的上表面中相对地设置有第一和第二环形凹槽(187，197)，所述载体(200)由环形薄片形成，所述环形薄片的上部无阻碍地插入所述第一凹槽(187)中，并且所述环形薄片的下部无阻碍地插入所述第二凹槽(197)中。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，在所述环形薄片(200)的外表面安装有由不同传感器(210)共有的连接接口(213)，在所述传感器和所述接口之间的连接线被埋入所述薄片的材料中。
11.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述薄片的材料是聚碳酸酯。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述传感器安装在所述环形薄片的内表面上。
13.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述快速固定装置一方面包括安装在所述第一和第二圆柱形元件中的一个元件上的销钉，并且另一方面包括设置在另一元件中的与所述销钉相对应的膛孔，所述销钉的尺寸被定义为能够用力插入对应的所述膛孔中。
14.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述快速固定装置一方面包括属于所述第一和第二圆柱形元件中的一个元件的锁紧爪，另一方面包括设置在另一个元件中的与所述锁紧爪相对应的槽，所述爪用于卡在对应的所述槽中。
15.一种机载燃料测定系统，包括：
-多个电容探测器(100)，以预定的高度安装在多个燃料箱中；
-多个根据上述权利要求中任一项所述的多传感器测量装置(150)，所述装置分别安装在所述电容探测器中；
-多个本地处理器(320)，每个本地处理器用于对来自所述电容探测器以及连接所述电容探测器的所述多传感器测量装置的测量数据进行处理；
-中央处理器，用于根据如此处理的数据以及所述多个燃料箱的几何特征来计算所述燃料箱包含的燃料量。
16.根据权利要求15所述的测定系统，其特征在于，所述测定系统还包括多个辅助传感器(350)，所述多个辅助传感器安装在所述多个燃料箱中，每个辅助传感器属于由高水平传感器、低水平传感器、水传感器以及温度传感器组成的整体，每个辅助传感器连接所述本地处理器之一，所述本地处理器用于处理来自所述辅助传感器的测量数据。
17.根据权利要求16所述的测定系统，其特征在于，所述辅助传感器是MEMS传感器。
18.根据权利要求17所述的测定系统，其特征在于，每个MEMS传感器安装在卡架(410)的内表面上，所述卡架的脚(411)被螺栓固定在飞行器的内部结构上。
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