CN104007282A - 发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，括涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路和供电电源。涡轮转速传感器状态检测电路由检测涡轮转速传感器(2)状态电压值的环路检测电路(3)，将该状态电压值转换为数字信号的A/D转换电路(4)和判断涡轮转速传感器故障状态的中央处理器CPU组成；涡轮转速测量电路,由依次串联在涡轮转速传感器与CPU之间的隔离限幅电路(5)、放大电路(6)、比较单元(7)和方波整形电路(8)组成；涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路均通过涡轮转速传感器和CPU构成闭环检测回路。本发明解决了涡轮转速转速传感器输出电压范围大，检测幅度宽，采集精度不易控制的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空发动机涡轮转速的检测电路。涡轮转速包括燃气发生器涡轮转速和自由涡轮转速。
背景技术
涡轮是一种将流动工质的能量转换为机械功的旋转式动力机械。它是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机的主要部件之一。航空发动机的涡轮包括燃气发生器涡轮和自由涡轮。燃气发生器涡轮为两级轴流式涡轮，它的作用是将燃气中的热能装换成机械能，带动压气机及有关附件。自由涡轮为一级轴流式涡轮，其作用是将燃气发生器后的燃气中的能量转换为涡轮轴上的机械功，从而去驱动负载装置。航空发动机在直升机上工作时，航空发动机以燃气涡轮转速N1和自由涡轮转速N2为控制目标，要求保持自由涡轮转速N2基本恒定，对控制精度的要求较高。在燃气发生器涡轮转速N1＜60％范围要求总精度为±0.5％，在燃气发生器涡轮转速N1≥60％范围要求总精度为±0.05％；在自由涡轮转速N2＜60％范围要求总精度为±1％，在自由涡轮转速N2≥60％范围要求总精度为±0.05％。燃气发生器涡轮转速传感器输出的信号为近似正弦波信号，其频率与燃气发生器涡轮转速一致，自由涡轮转速传感器输出的信号也为近似正弦波信号，其信号频率与自由涡轮转速一致。因此，需要采集燃气发生器涡轮转速传感器输出信号的频率才可获得燃气发生器涡轮的转速，同理，也需要采集自由涡轮转速传感器输出信号的频率才能可获得自由涡轮的转速。
燃气发生器涡轮转速传感器和自由涡轮转速传感器均为磁电式传感器，利用电磁感应原理将输入运动速度变换成感应电势，它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号。转速传感器是为发动机的控制提供反馈信息，实时检测涡轮转速值的重要器件，传感器检测电路是检测传感器是处于正常状态、开路状态还是短路状态，保证航空发动机涡轮转速及传感器正常运行的重要环节。由于燃气发生器涡轮转速N1＝5％时，燃气发生器涡轮转速传感器输出电压Vp-p＞0.55V，燃气发生器涡轮转速N1＝120％时，燃气发生器涡轮转速传感器输出电压Vp-p＜85V。自由涡轮转速N1＝5％时，自由涡轮转速传感器输出电压Vp-p＞0.55V，自由涡轮转速N1＝150％时，自由涡轮转速传感器输出电压Vp-p＜85V。由前述可知，无论是燃气发生器涡轮转速传感器还是自由涡轮转速传感器输出电压从0.55V到85V，范围都很大。要检测如此大范围的电压值和如此大的检测幅度，采集精度和检测精度不易控制。
发明内容
本发明的任务是针对现有技术转速传感器输出电压范围大，检测幅度宽，采集精度不易控制的问题，提供一种响应时间快，自适应范围大，采集精度准确可靠，故障处理方便，能够充分满足电子控制器对发动机转速精度控制的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，包括涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路和供电电源1，其特征在于：所述涡轮转速传感器状态检测电路，由检测涡轮转速传感器2状态电压值的环路检测电路3，将该状态电压值转换为数字信号的A/D转换电路4和判断涡轮转速传感器故障状态的中央处理器CPU9组成；所述涡轮转速测量电路,由依次串联在涡轮转速传感器2与中央处理器CPU9之间的隔离限幅电路5、放大电路6、比较单元7和方波整形电路8组成；涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路均通过涡轮转速传感器2和中央处理器CPU9构成检测发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速的闭环检测回路。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明在检测电路输入端设置限幅电路和放大电路，当输入的电压值较低时，放大电路的放大倍数较高，当输入的电压值较高时，放大电路的放大倍数较低，保证比较单元的输入满足要求，解决了涡轮转速转速传感器输出电压范围大，检测幅度宽，采集精度不易控制的问题。
本发明通过环路检测电路可以检测燃气涡轮转速传感器和自由涡轮转速传感器处于正常状态、断开状态还是短路状态，CPU将发动机燃气涡轮转速传感器的状态经电子控制器的通讯软件传到直升机上的发参综合显示仪进行显示。方便了直升机操作人员根据提示进行相应的处理。
本发明检测的燃气发生器涡轮转速精度和自由涡轮转速精度均可达±0.02％，大大优于任务要求，且响应时间快，充分满足电子控制器对发动机的控制。
利用本发明可实现航空发动机燃气发生器涡轮转速检测精度可达±0.02％，自由涡轮转速检测精度可达±0.02％。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路框图。
图2是本发明隔离限幅放大电路原理图
图中：1电源，2转速传感器，3环路检测电路，4A/D转换电路，5隔离限幅电路，6放大电路，7比较单元，8方波整形电路，9CPU中央处理器。
具体实施方式
参阅图1。燃气发生器涡轮转速N1和/或自由涡轮转速N2的检测包括燃气发生器涡轮转速传感器和自由涡轮转速传感器的状态检测和N1、N2转速值的测量。燃气涡轮转速N1传感器和自由涡轮转速N2传感器的工作原理相同，因此采用同样的检测电路。燃气涡轮转速N1传感器和自由涡轮转速N2传感器的测量电路一样，因此仅需以图1为例进行说明。
在以下描述的实施例中，所述发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，包括给涡轮转速传感器2供电的电源1，环路检测电路3、A/D转换电路4和中央处理器9组成的涡轮转速传感器状态检测电路和由给涡轮转速传感器2供电的电源1、隔离限幅电路5、放大电路6、比较单元7、方波整形电路8和中央处理器CPU9组成的涡轮转速测量电路。转速检测电路由电源1给涡轮转速传感器2供电。涡轮转速传感器2顺次连接隔离限幅电路5、放大电路6、比较单元7、方波整形电路8，经中央处理器CPU9顺次连接A/D转换电路4和环路检测电路3组成检测航空发动机燃气涡轮转速传感器的闭环回路。涡轮转速传感器2通过设置在转速检测电路输入端隔离限幅电路5，隔离掉发动机涡轮的转速信号中的直流分量，将信号限制在放大电路6可接受的范围内，放大电路6输出的正弦波信号经比较单元7变换为方波信号，再经方波整形电路8整形为标准的方波信号，CPU中央处理器9采集方波信号的频率输入，计算出涡轮转速传感器的转速值；环路检测电路3检测涡轮转速传感器2的状态电压值，A/D转换电路4将该状态电压值转换为可识别的数字信号，CPU根据上述获得的数值判断涡轮转速传感器的状态为正常状态、断开状态还是短路状态。CPU将发动机燃气涡轮转速传感器的状态经电子控制器的通讯软件传到航空发动机参数(简称发参)采集系统，发参综合显示仪进行显示。直升机操作人员根据提示进行相应的处理。
在涡轮转速传感器状态检测电路中，环路检测电路3检测涡轮转速传感器2的状态电压值，由A/D转换电路4将该状态电压值转换为数字信号，中央处理器CPU9采集的数字信号计算并判断涡轮转速传感器2的信号状态。
在涡轮转速测量电路中,涡轮转速传感器2通过隔离限幅电路5隔离掉发动机涡轮转速信号中的直流分量，经放大电路6输出正弦波信号，由比较单元7变换为方波信号，经方波整形电路8整形为标准的方波信号，中央处理器CPU9依据采集到的方波信号输入频率，计算出涡轮转速传感器的转速值，判断涡轮转速传感器2是否出现故障状态。
在图2燃气发生器涡轮转速N1和自由涡轮转速N2检测电路中隔离限幅放大部分原理图中，隔离限幅电路5包括依次串联在电容C1与运算放大器U1之间的电阻R1、R2和电连接在所述的电阻R1、R2接点上的双向二极管Q1。涡轮的转速信号输入为正弦波信号，电压范围为0.55VP-P～85VP-P，该正弦波信号通过电容C1隔离掉信号中的直流分量，再通过串联电阻R1、R2和双向二极管Q1组成的限幅电路将，输入的正弦波信号限制在以运算放大器U1为主的放大电路可以接受的电压范围，即0.55VP-P～8VP-P。运算放大器U1输出的转速信号电压值也不会超过其电源电压值，为后面的比较电路提供输入。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，包括涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路和供电电源(1)，其特征在于：所述涡轮转速传感器状态检测电路，由检测涡轮转速传感器(2)状态电压值的环路检测电路(3)，将该状态电压值转换为数字信号的A/D转换电路(4)和判断涡轮转速传感器故障状态的中央处理器CPU(9)组成；所述涡轮转速测量电路,由依次串联在涡轮转速传感器(2)与中央处理器CPU(9)之间的隔离限幅电路(5)、放大电路(6)、比较单元(7)和方波整形电路(8)组成；涡轮转速传感器状态检测电路、涡轮转速测量电路均通过涡轮转速传感器(2)和中央处理器CPU(9)构成检测发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速的闭环检测回路。
2.如权利要求1所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：涡轮转速传感器(2)顺次连接隔离限幅电路(5)、放大电路(6)、比较单元(7)、方波整形电路(8)，经中央处理器CPU(9)顺次连接A/D转换电路(4)和环路检测电路(3)连接涡轮转速传感器(2)组成闭环回路。
3.如权利要求1所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：中央处理器CPU(9)将涡轮转速传感器(2)的状态经电子控制器的通讯软件传到发动机参数采集系统综合显示仪进行显示。
4.如权利要求1所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：隔离限幅电路(5)包括依次串联在电容C1与运算放大器U1之间的电阻R1、电阻R2和电连接在所述的电阻R1、R2接点上的双向二极管Q1。
5.如权利要求1所述的发动机燃气涡轮转速传感器检测电路，其特征在于：涡轮的转速信号输入为正弦波信号，电压范围为0.55VP-P～85VP-P。
6.如权利要求5所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：所述正弦波信号通过电容C1隔离掉正弦波信号中的直流分量，再通过串联电阻R1、R2和双向二极管Q1组成的限幅电路，将输入的正弦波信号限制在以运算放大器U1为主的放大电路可接受的电压范围。
7.如权利要求1所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：在涡轮转速传感器状态检测电路中，环路检测电路(3)检测涡轮转速传感器(2)的状态电压值，由A/D转换电路(4)将该状态电压值转换为数字信号，中央处理器CPU(9)采集的数字信号计算并判断涡轮转速传感器(2)的信号状态。
8.如权利要求1所述的发动机燃气发生器涡轮转速和/或自由涡轮转速检测电路，其特征在于：在涡轮转速测量电路中,涡轮转速传感器(2)通过隔离限幅电路(5)隔离掉发动机涡轮转速信号中的直流分量，经放大电路(6)输出正弦波信号，由比较单元(7)变换为方波信号，经方波整形电路(8)整形为标准的方波信号，中央处理器CPU(9)依据采集到的方波信号输入频率，计算出涡轮转速传感器的转速值，判断涡轮转速传感器(2)是否出现故障状态。
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