CN102472646A - Dc传感器的激励电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激励至少一个DC传感器的电路，该电路包括连接于主系统和调节环的数字调节控制器，该主系统包括DAC，该DAC经由非倒相放大路径并经由倒相放大路径连接于传感器以发送包含差模下的DC分量的传感器激励信号，该调节系统包括ADC，该ADC连接于放大的路径，该电路包括与转换器并联地连接于控制器的监视系统，以因变于从放大路径取得的信号的AC分量发出信号，数字控制器设置成将共模状态下的正弦波注入激励信号并分析由监视系统输出的信号和由ADC输出的信号。

Description

DC传感器的激励电路

技术领域

本发明涉及用于激励直流(DC)传感器的电路。该激励电路更特别地打算纳入到用于控制飞机引擎的设备中。

背景技术

这种控制设备包括一种控制器，该控制器因变于引擎温度、引擎压力和各引擎组件的状态确定尤其燃料流量。为实现这个目的，该设备包括激励电路和采集电路，它们连接于包括例如热电偶型温度探头和应变仪之类的DC传感器的传感器并返回小振幅的相应DC信号。

在这种应用中，在控制设备故障可能对飞机运作具有显著后果的情况下，主要考量之一是检测故障和优选地识别出故障的组件。

目前，在缺乏这种识别时，当检测到故障时需要改变包括传感器和相关电路的整个组装件。这引起了高成本。

这种检测和识别可使用复杂电子组件来实现。遗憾的是，增加电子组件的复杂性具有可靠性下降和成本上升的后果。

发明内容

本发明的一个目的是提供允许检测和识别激励电路中的故障的简单手段。

为此，本发明提供一种激励至少一个DC传感器的电路，该电路包括连接于主系统和调节环的数字调节控制器，该主系统包括数模转换器(DAC)，该数模转换器经由非倒相放大路径并经由倒相放大路径连接于传感器以发送包含差模下的DC分量的传感器激励信号，该调节系统包括模数转换器(ADC)，该模数转换器连接于放大的路径，电路包括与转换器并联地连接于控制器的监视系统，从而因变于从放大路径取得的信号的交流(AC)分量发出信号，数字控制器设置成将共模状态下的正弦波注入激励信号并分析由监视系统输出的信号和由ADC输出的信号。

分析来自监视系统和来自调节系统的信号使揭示故障和识别故障变得可能。正弦波不干扰在差模下受到激励的传感器的操作，但用来检测和识别故障。因此，监视系统用来通过检测放大器的输出信号来检查放大器的操作，所述输出信号在正常工作中是AC信号而在故障状况下是DC信号。调节系统也用来检测和识别故障。因此，在正常操作中，调节系统观察到的只有DC信号，但在诸放大路径中的一个被短路至地的情形下，正弦波从该放大路径中消失，而在其它放大路径中依然存在，由此正弦波出现在调节系统中。调节系统也可能检测开路(因此电流为零)或差分短路(因此电压为零)的存在。由此通过简单的组件来检测故障。数字调节也能在数字控制器和传感器之间设置阻抗，籍此保护数字控制器不受雷击而不必诉诸特殊的避雷装置(例如Transorb型避雷装置)，相反在传统的模拟调节下，这种阻抗的存在将导致对传感器操作有害的电压降并因此需要诉诸特殊的避雷装置。

优选地，调节环包括电流调节路径和电压调节路径，这些路径经由选择性的连接开关连接于ADC。

电路因此根据与之相连的传感器充当电压源或电流源。

在阅读本发明的特定、非限制性实施例的以下描述时，本发明的其他特征和优点显现。

附图说明

参见唯一的附图，该图是根据本发明的电路的示图。

具体实施方式

根据本发明的激励电路更打算具体地用于基于来自引擎中包含的传感器的信息和来自飞机驾驶员的指令控制飞机引擎的设备。控制设备作用于一部件以调节将燃料引入引擎的燃烧室的速率。

这类传感器包括DC传感器，该DC传感器要么在恒定电压下受到激励，比如压力传感器(例如受电压激励的应变仪)，要么在恒定电流下受到激励，比如温度传感器(例如受电流激励的铂探针)。本发明优选实施例中的激励电路被设置成同等地能够激励这些类型中的任一类型的传感器。

激励电路包括连接至主系统、连接至调节环和连接至监视系统的数字调节计算器1(或数字内核)，所述主系统、调节环和监视系统分别用附图标记2、3、4表示。

主系统2包括经由非倒相放大路径7和倒相放大路径8连接于传感器6的DAC5。非倒相放大路径7包括非倒相放大器9和阻抗10，它们串联地连接在DAC5和传感器6之间。倒相放大路径8包括倒相放大器11和阻抗12，它们串联地连接在DAC5和传感器6之间。阻抗10、12提供具有避雷功能的数字调节控制器1。

调节环3包括模数转换器(ADC)13，该模数转换器13通过电压调节环14和电流调节环15从阻抗10、12的下游、连接于放大路径7、8，这些环经由选择性连接开关16或多路复用器连接于ADC13。电压调节环14包括两个路径，这两个路径连接于选择性连接开关16并连接于放大路径7、8中的相应一个。电流调节环包括两个路径，这两个路径连接于选择性连接开关16，且首先连接于放大路径8其次连接于与路径8串联的电阻器17以提供电流-电压转换器。选择性连接开关16用来将ADC 13要么连接于电流调节环要么连接于电压调节环，这取决于与放大路径7、8连接的传感器6的类型。

监视系统4包括两个路径4.1、4.2，每个路径连接于数字调节控制器1并连接于相应放大器9、11和阻抗10、12之间的放大路径7、8中的相应一个。每个路径包括相应的高通滤波器18.1、18.2和相应的比较器19.1、19.2，比较器19.1、19.2用于将通过高通滤波器18.1、18.2输出的信号与基准进行比较。比较器19和高通滤波器18与DAC 5并联地连接于数字调节控制器1，以将基准与从放大路径7、8取出的在放大器9、11输出侧的每个信号的AC分量比较。高通滤波器18用来从取自放大路径7、8的每个信号中去除DC分量。

数字调节控制器1设置成在放大路径7、8上发出激励信号以在差模下激励传感器6，并分析由ADC13输出的信号。

激励信号根据在ADC13输出侧执行的测量而确定，要么是电压测量要么是电流测量，这取决于传感器6。数字调节允许激励电路是多用途的，并可改变传感器6而不改变激励电路。

激励电路配置成检测和识别故障，即内部故障(激励电路的有效组件(例如转换器和放大器)的故障)以及外部故障(开路、差分短路和短路至地)。

数字调节控制器1为此配置成将共模正弦波20注入到在放大路径7、8上发出的激励信号中，从而能分析来自比较器19的输出的信号。

正弦波不干扰传感器，因为传感器仅受差模下的激励信号的DC分量的影响。

分析由比较器19输出的信号能检测内部故障。在正常操作中，由比较器输出的信号一般是正弦类型AC信号，在这里为方波信号21。这些信号源自对从放大器9、11的输出取得的信号的比较和滤波。在内部故障的状况下，来自比较器19输出侧的信号是恒定的。

分析来自ADC13输出的信号用来检测和识别外部故障。调节环4用来测量阻抗11、12和传感器6之间的电压。来自比较器19的输出信号用来确定来自放大器9、10的输出电压。然后可根据阻抗和由传感器6汲取的电流来计算所造成的电压降。过小的电流或甚至零电流指示开路，而过大的电流和零电压指示差分短路。数字控制器由此将来自监视系统的输出信号与来自调节环的输出信号作比较以检测电压和电流差。

由于地面始终不处于同一电位，因此在飞机中如何检测短路至地不是显而易见的。调节环3在这里用来检测这样的短路至地状态。在正常操作中，调节环3仅观察到DC分量，其它分量因其出现于两放大路径上的这一事实而被消除。然而，如果放大路径之一被短路至地，则正弦波在该路径上消失，而在其它放大路径上依然存在。AC分量则出现在调节环4中。ADC13通过求平均(低通滤波)而恢复DC分量，并通过数字解调而恢复AC分量。数字解调是与对应于正弦波频率的频率同步执行以消除噪声的数字解调。如果源自同步解调的正弦波信号展现出比阈值更大的振幅，则存在短路至地的情况。由于数字调节控制器1用来检测哪个路径接地，因此也可通过数字调节控制器1检查正弦波的符号。

下表总结了籍此检测各种潜在故障的逻辑。

当然，本发明不限于前述实施例，而是覆盖落在权利要求所限定的本发明的范围内的任何变化形式。

具体地说，根据本发明的激励电路可与一个或多个恒压传感器和/或恒流传感器一起使用。

尽管本发明以飞行应用为背景进行了描述，然而本发明适于激励用于引擎调节或任何其它类型控制的任何类型DC检测器。

该激励电路可包括仅一个电压调节环或仅一个电流调节环。

Claims (6)

1.一种激励至少一个直流(DC)传感器的电路，所述电路包括连接于主系统和调节环的数字调节控制器，所述主系统包括数模转换器(DAC)，所述数模转换器经由非倒相放大路径并经由倒相放大路径连接于传感器以发出包含差模下的DC分量的传感器激励信号，所述调节系统包括模数转换器(ADC)，所述模数转换器连接于放大路径，所述电路包括与所述转换器并联地连接于控制器的监视系统，以因变于从放大路径取得的信号的交流(AC)分量而发出信号，所述数字控制器设置成将共模状态下的正弦波注入所述激励信号并分析由监视系统输出的信号和由ADC输出的信号。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述监视系统包括用以将所述AC分量与基准作比较的比较器。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述监视系统包括用来消除来自从放大路径取得的信号的DC分量的滤波器。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，ADC13通过求平均从所述激励信号恢复DC分量并通过数字解调恢复其AC分量，所述数字解调与所述正弦波的频率同步，并且所述数字控制器配置成将源自同步解调的正弦波信号与阈值作比较并检查所述正弦波信号的符号。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数字控制器配置成将来自所述监视系统的输出信号和来自所述调节环的输出信号作比较以检测电压和电流差。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调节环包括电流调节路径和电压调节路径，这些路径经由选择性连接开关连接于ADC。

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