CN104428628B - 监测线性差动变压器传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测LVDT传感器的方法，所述传感器包括两个二次电路，其特征在于其包括以下循环步骤：(E1)计算在给定时刻和先前时刻时二次电路中的一个的端子处的电压之间的差；(E1)计算在给定时刻和先前时刻在二次电路中的另一个的端子处的电压之间的差；(E2)计算先前计算的两个差的和；(E3)根据先前计算的和与零相距的距离修改指示器的值，和(E4)比较所述指示器与至少一个预定阈值。

Description

监测线性差动变压器传感器
技术领域
本发明总体涉及监测例如用于飞机发动机的测量链(measuring chain)。更加特别地，本发明涉及监测断续接触(接触不良)，所述断续接触可能影响测量链的线性差动变压器(LVDT)类型的传感器。
背景技术
例如用于飞机发动机的测量链包括LVDT(线性差动变压器)传感器，所述LVDT传感器是用于线性运动的感应电传感器。LVDT传感器特别地用于控制可调定子叶片(VSVs)、可调排泄阀VBV或者油量表的位置。LVDT传感器还用于高压涡轮机间隙控制(HPTCC)。
参照图1，LVDT传感器1包括变压器，所述变压器自身包括由线圈Bp形成的一次电路和各个均由线圈B1、B2形成的两个二次电路。这些三个线圈是圆柱形并且同轴。当向一次线圈Bp供应例如正弦的电压Vp时，二次电压V1、V2存在于二次线圈B1和B2中的每一个的端子处。
LVDT传感器1还包括中央铁芯NC，所述中央铁芯NC能够沿着线圈的轴线运动。铁芯的运动致使变压器内部的磁场发生改变。更加精确地，当铁芯从中央位置运动时，在二次线圈中的一个中感应产生的电压增大而在另一个二次线圈中感应产生的电压减小。这产生了差动输出电压(V1-V2)，所述差动输出电压根据铁芯的位置线性变化。
LVDT传感器1能够以不同的模式实施功能，然后其输出差动电压(V1-V2)或者并且其输出是两个二次电路的电压差与其和的比(V1-V2)/(V1+V2)。
图2a示出了根据中央线圈的运动在两个二次线圈B1和B2中的每一个的端子处的电压V1和V2的变化和在两个线圈的端子处的差动电压(V1-V2)的变化。
图2b示出，根据中央铁芯NC的运动，差动电压与二次电压(V1－V2)/(V1+V2)的和的比的变化。
这种测量链在这样的环境中实施功能，在所述环境中，存在较大的热应力和振动应力。这些应力频繁致使发生断续接触型故障。断续接触是间歇性的并且非常短暂地断开电路或者不必要地接地。
当断续接触发生在二次线圈中的一个上时，对在这个线圈的端子处测量的电压进行斩波。在校正之后，能够通过使用计算机获得的RMS值是异常低的值并且根据微波熔断体的密度无规律变化。结果，通过LVDT传感器提供的测量结果计算得出的位置无规律并且根据基于线圈中的一个或者另一个的故障部位而受到高或者低峰值的影响。
还存在通过接地的断续接触，这为两个二次线圈共有的情况。在这种情况中，故障影响在两个二次线圈的端子处测量的电压并且无规律地较低。
已知的是计算机分析数据输入，以为了证实它们的有效性。为此，计算机能够使用主要测试类型。
第一种类型是电气完整性测试。这些测试应用于在LVDT传感器的二次线圈的端子处的电压测量。
第一电气完整性测试是检查二次线圈的端子处的电压测量是否处于预定范围内，这使得能够发现明显的开路和短路，即，“明显”故障。然而，这种测试没有设计成检测断续开路，这是因为在这种情况中测量的电压处于预定范围内。
第二电气性能完整性测试是检查在二次线圈的端子处测量的电压的和是否处于最小值至最大值的范围内。这是因为LVDT传感器具有这样的性能，即，无论在可动铁芯的任何位置处二次电压的和均几乎恒定。这种测试使得能够检测由绝缘缺陷导致产生的电偏移。然而，这种测试在断续接触的情况中不能令人满意。
这是因为必须在值的相当宽的范围内监测在二次线圈的端子处测量的电压的和，以为了考虑到电源中的非故障的任何缺陷(激励信号的振幅和频率)。换言之，由最大值至最小值限定的范围较宽，使得电压的和在不脱离范围的前提下能够因断续接触而波动。没有检测出故障。
另外，当测试检测出间歇故障时，电压测量的和可以暂时偏离有效范围，然后返回到有效范围，等。因此，存在间歇检测，其结果是所选择的位置测量在错误值(当计算机没有检测到故障时)和安全的重构值(当计算机检测到故障时)之间交替变化，这使得系统不稳定。
第二种测试类型是似然比测试(或者范围或者区域测试)。这种测试应用于由LVDT传感器的两个二次电压计算出的位置。计算机位置与最小阈值和最大阈值比较。因此这种类型的测试仅仅检测异常位置而不检测小震动。
第三种测试类型是差异测试。当先前两种类型的测试没有检测出关于LVDT传感器的测量的任何问题时，能够确定可动铁芯的位置。然而，通常设置有两个余度LVDT传感器并且因此能够检查确定的位置是否符合由第二余度LVDT传感器确定的位置。在两个确定的位置彼此不同的情况中，这意味着这些测量中的至少一个是错误的。然而，判定测量之间的差异并不能确定两个传感器的哪一个发生故障。
因此，显而易见的是在断续接触的情况中已知的有效性测试不能令人满意。
发明内容
本发明旨在通过提供用于监测线性差动变压器类型的传感器的方法来解决现有技术存在的问题，所述线性差动变压器包括两个二次线圈，在所述两个二次线圈中，分别感应产生根据铁芯运动线性变化的电压，其特征在于其包括以下循环步骤：
-计算在给定时刻和先前时刻在二次电路中的一个的端子处测量的电压之间的差；
-计算给定时刻和先前时刻在二次电路中的另一个的端子处的电压之间的差；
-计算先前计算的两个差的和；
-根据先前计算的和与零相距的距离修改指示器的值，和
-比较指示器与至少一个预定阈值。
通过本发明，检测断续接触的故障并且识别异常值而且能够通过任何后续处理(诸如调节)来抑制所述异常值。
本发明直接应用于由单个传感器测量的电压测量。因为传感器能够自检，所以排除定位发生故障传感器的问题。
计算的和在传感器正常运作时接近零而在断续接触时远离零。因此，指示器的值根据传感器的正常运作或者存在断续接触而发生变化。
指示器保持测量的电压的变化进程并且使得能够“无间歇”检测间歇故障。
根据优选特征，指示器在两个端值之间变化，两个端值中的一个表示传感器正常运转，而两个端值中的另一个则表示传感器发生故障。
根据优选特征，修改指示器包括在和接近零的情况下增大指示器而在和远离零时减小指示器。因此，指示器在传感器正常运行时增大而在断续接触时减小。
根据优选特征，比较指示器包括与第一阈值和第二阈值比较，使得从正常运转状态至故障状态的变化采用与用于相反变化的值的不同的值。
因此，产生了滞后现象，这避免被表明传感器间歇发生故障。
本发明还涉及一种装置，用于监测线性差动变压器类型的传感器，传感器包括两个二次电路，在所述二次电路中，分别引发根据铁芯运动的电压线性变化，其特征在于包括：
－一种装置，其用于计算在给定时刻和在先前时刻在二次电路中的一个中的端子处测量的电压之间的差；
－一种装置，其用于计算在给定时刻和在先前时刻在二次电路中的另一个中的端子处测量的电压之间的差；
－一种装置，其用于计算先前计算的两个差的和；
－一种装置，其用于根据先前计算的和与零相距的距离修改指示器；和
－一种装置，其用于比较指示器与至少一个预定的阈值。
本发明还涉及一种测量链，其集成了线性差动变压器类型的传感器和如上所述的监测装置，所述传感器包括两个二次电路，其中，分别引起感应电压，所述电压根据铁芯运动线性变化。
根据本发明的装置和测量链具有与上述优势类似的优势。
在特别实施例中，由计算机程序指令实施根据本发明的方法的步骤。
继而，本发明还涉及信息载体上的计算机程序，所述程序能够在计算机中实施，所述程序包括适于实施如上所述的方法步骤的指令。
这个程序能够使用任何编程语言并且为源代码、目标代码或者源代码和目标代码之间的中间代码的形式，诸如特别为编译好的形式或者任何其它所需形式。
本发明还涉及一种信息载体，能够由计算器和包含计算机程序指令读取所述信息载体。
信息载体可以是能够存储程序的任何实体或者装置。例如，载体可以包括存储装置，诸如：只读存储器，例如光盘只读存储器或者微型电子电路只读存储器；或者磁记录装置，例如，磁盘或者硬盘。
而且，信息载体可以是传播载体，诸如，电子或者光学信号，所述传播载体能够通过无线电或者其它装置通过电缆或者光缆。可以特别地在因特网上下载根据本发明的程序。
替代地，信息载体可以是集成电路，在所述集成电路中包含程序，所述电路适于执行或者用于执行根据本发明的方法。
附图说明
通过阅读参照附图描述的以非限制性示例的方式给出的优选实施例，其它特征和优势将变得显而易见，其中：
图1示出了LVDT传感器；
图2a示出了根据运动的LVDT传感器的二次电压；
图2b示出了根据运动除以二次电压的和的差动电压；
图3示出了根据本发明的装置的实施例；
图4示出了根据本发明的指示器的增量法；
图5以流程图的形式示出了根据本发明的方法的实施例。
具体实施方式
已经描述了图1、2a和2b。
图3示意性描绘了例如用于飞机发动机或者涡轮喷气飞机的测量链。测量链通常包括两个冗余通道，所述冗余通道旨在随着时间收集诸如温度、压力、位置等的物理测量。
经由一组传感器实施这些物理测量，在图3中示出了所述一组传感器中的仅仅一个LVDT传感器1。LVDT传感器连接到计算机2，例如，FADEC，所述FADEC使用由传感器提供的测量。以给定的频率实施这些测量。用V1t和V2t分别表示在给定时刻在二次线圈B1和B2的端子处测量的电压。这些测量值存储在计算机的内存储器中或者与此相关的存储装置中。
根据本发明，用于监测LVDT传感器1的装置与计算机2相联或者结合在所述计算机2中。在两种情况中，监测LVDT传感器的装置具有计算机的大体结构。根据在图3中示出的实施例，监测LVDT传感器1的装置结合在计算机2中。仅仅示出且描述了与本发明直接相关的特征，本领域中的技术人员熟知计算机的其它特征。
监测装置包括连接到模块21的输入接口IE1，所述模块21用于计算在给定的时刻t和前一时刻(t-1)时测量的二次电路中的一个的端子处的电压之间的差。例如，模块21计算差：Δ1t＝V1t－V1t-1
监测装置还包括连接到模块22的输入接口IE2，所述模块22用于计算在给定时刻t和前一时刻(t-1)时测量的二次电路中的另一个的端子处的电压之间的差。例如，模块22计算差：Δ2t＝V2t－V2t-1
为了计算上述两个电压差，时间间隔例如为15ms。
能够在一个模块中实施这些两个计算模块。它们包括相应的输出接口IS1、IS2，所述输出接口IS1、IS2连接到模块23的输入接口IE3，所述模块23用于计算先前计算的两个差的和：
St＝Δ1t+Δ2t
在理论上，和St严格等于零，这是因为可动铁芯的运动致使二次线圈中的一个的端子处的电压增加或者减小并且同时致使二次线圈中的另一个端子处的电压减小或者增加，二者的绝对值相等。
实践中，存在这样的缺陷：其意味着测量的电压没有根据铁芯的位置严格线性变化。为了免除这些缺陷，如果和St保持处于接近零的值的范围内，则认为传感器的功能运行正常。这个范围的端值接近零并且能够通过实验进行判定。
这个模块23包括输出接口IS3，所述输出接口IS3连接到模块24的输入接口IS4，所述模块24用于更新正常工作指示器IND，所述正常工作指示器IND的功能是指示故障。
指示器IND在两个端值，例如，0和100之间变化。两个值中的一个值100表示传感器运行正常，而两个值中的一个值0表示传感器发生故障。
模块24使得指示器IND的值根据由模块23提供的和St的值在其端值之间变化。更加精确地，更新指示器包括根据先前计算的和与零相距的距离修改指示器的值。
这个和在传感器运行正常时接近零而在断续接触的情况中远离零。因此，指示器的值根据传感器的正常运行或者存在断续接触而变化。
指示器IND的值初始化为值100。如果和St表示间歇型故障，即，如果和St远离零，则指示器IND高度递减。如果和St表示传感器正常运行，即，如果和St接近零，则指示器IND微弱递增。
例如，指示器IND根据如图4所示的增量增加。
对于-0.1和+0.1之间的和St而言，增量等于1.
对于-0.1和+0.3之间或者-0.1和-0.3之间的和St而言，增量从1至-40线性递减。
对于介于+0.3和+1之间或者-0.3和-1之间的和St而言，增量从-40至-50线性递减。
在保持指示器IND介于它的端值之间的同时将增量施加于指示器IND，即，如果指示器抵达其端值中的一个处时没有施加增量，或者仅仅部分施加增量。
还应当指出的是，当指示器IND达到零时指示器IND可以固定。在这种情况中认为传感器退化程度太高。即使接触的间歇性随后衰减，也不能再一次宣布传感器有效。换言之，通过将致动器固定在零处防止LVDT传感器任何的复原。
自然地，使得指示器IND根据和St而增加的其它变化规律是可行的。曲线可以由更大或更小数量的直线分段构成。曲线还可以是贝尔曲线或者高斯曲线。
模块24包括输出接口IS4，所述输出接口IS4连接到模块25的输入接口IE5，所述模块25用于判定传感器的有效状态。基于比较指示器IND与至少一个预定阈值来实施这种判定。
优选地，指示器的比较包括与第一阈值和第二阈值比较，使得从正常操作状态改变至故障状态的变化采用与用于相反变化的值不同的值。
在指示器IND初始化为100的情况下，如果指示器IND高于被称为下阈值的等于例如50的第一阈值，则表明传感器运行正常。如果指示器IND变得小于第一阈值，则判定传感器发生断续接触型的故障。
在指示器IND低于第一阈值的情况中，如果其随后保持低于被称为高阈值的高于第一阈值的第二阈值(所述第二阈值例如等于90)，则表明传感器发生故障。如果指示器IND变得大于第二阈值，则表明传感器运行正常。
这种滞后实施功能使得能够避免间歇检测故障。自然而然地，在简化模式中，能够仅仅使用一个阈值或者换言之选择彼此相等的低阈值和高阈值。
自然地，监测装置可以监测在测量链中包括的多个LVDT传感器。
参照图5描述LVDT传感器监测装置的运行，所述图5是包括步骤E1至E7的流程图。
例如以对应于LVDT传感器的电压V1和V2的测量频率的预定频率循环实施步骤E1至步骤E7。采样的时间间隔是15ms。
步骤E1是计算针对两个二次线圈中的每一个在当前时刻和先前时刻测量的电压之间的差：
Δ1t＝V1t－V1t-1
Δ2t＝V2t－V2t-1
接下来的步骤E2是计算先前计算的两个差的和：
St＝Δ1t+Δ2t
接下来的步骤E3是更新正常工作指示器IND，所述正常工作指示器IND的功能是指示故障。
指示器IND在两个端值，例如0和100之间变化。两个值中的一个值100表示传感器运行正常，而另一个值0表示传感器发生故障。
步骤E3根据在先前步骤中计算的和St的值在其两个端值之间改变指示器IND的值。更加精确地，更新指示器包括根据先前计算的和与零相距的距离修改指示器的值。
当传感器运行正常时和接近零而当断续接触时和远离零。因此，指示器的值在步骤E3时根据传感器的正常运行或者存在断续接触而变化。
指示器IND初始化为值100。在和St表示间歇型故障时，即，如果和St远离零，则指示器IND高度减小。如果和St表示传感器正常运行，即，和St接近零，则指示器IND微弱增加。
例如，根据如在先前描述的图4中示出的增量实施指示器IND的增量。
在保持指示器IND位于其端值之间的同时，增量施加于指示器IND，即，在指示器抵达其端值中的一个处时没有施加增量或者仅仅部分施加增量。
如果指示器抵达零，则能够要求指示器保持固定为零的值，以便防止退化的LVDT传感器随后被重新判定为有效。
自然，使得指示器IND根据和St增量的其它变化规律是可行的。曲线可以由更大或更小数量的直线分段构成。曲线还可以是贝尔曲线或者高斯曲线。
接下来的步骤E4是判定传感器的有效状态。这种判定基于比较指示器IND与至少一个预定阈值。
比较指示器优选地包括与第一阈值和第二阈值比较，使得从正常操作状态改变至故障状态的变化采用与用于相反变化的值不同的值。
在指示器IND初始化为100的情况下，如果指示器IND高于被称为下阈值的等于例如50的第一阈值，则表明传感器运行正常。如果指示器IND变得小于第一阈值，则判定传感器发生断续接触型的故障。
在指示器IND低于第一阈值的情况中，如果其随后保持低于被称为高阈值的高于第一阈值的第二阈值(所述第二阈值例如等于90)，则表明传感器发生故障。如果指示器IND变得大于第二阈值，则表明传感器运行正常。
这种滞后实施功能使得能够避免间歇检测故障。自然而然地，在简化模式中，能够仅仅使用一个阈值或者换言之选择彼此相等的低阈值和高阈值。
如果传感器被表明运转正常，则在步骤E4之后实施步骤E5，在此时，时间参数增加一步。步骤E5之后在以下时间步骤实施在先前描述的步骤E1。
如果传感器被表明受到断续接触型故障的影响，则在步骤E4之后实施步骤E6，在所述步骤E6时产生警报，以为了向在时刻t时测量的电压值V1t和V2t分配“无效”标签。计算机2因此能够拒绝这些值，以为了随后处理操作。
在以下步骤E7中，时间参数增加一步。在步骤E7之后在接下来的时间步骤实施先前描述的步骤E1。
根据获得的测量实施根据本发明的方法，或者在变形方案中其能够根据先前测量和存储的值来实施本发明的方法。
除了已知的有效性测试，诸如，电测试、相似性测试和差别测试之外还能够实施本发明。

Claims (6)

1.一种用于监测线性差动变压器型传感器(1)的方法，所述传感器包括两个二次电路(B1，B2)，在所述二次电路中分别引起感应电压，所述电压根据铁芯运动线性变化，其特征在于其包括以下循环步骤：
-(E1)计算在给定时刻和先前时刻在所述二次电路中的一个的端子处的电压之间的差；
-(E1)计算在所述给定时刻和所述先前时刻在所述二次电路中的另一个的端子处的电压之间的差；
-(E2)计算先前计算的两个差的和；
-(E3)根据所述先前计算的两个差的和与零相距的距离修改指示器的值，所述指示器的功能是指示传感器的故障，和
-(E4)比较所述指示器的值与至少一个预定阈值。
2.根据权利要求1所述的用于监测线性差动变压器型传感器的方法，其特征在于所述指示器在两个端值之间变化，所述端值中的一个表示所述传感器正常运行而所述端值中的另一个表示所述传感器出现故障。
3.根据权利要求1或者2所述的用于监测线性差动变压器型传感器的方法，其特征在于，修改所述指示器的值包括：在所述两个差的和接近零时增加所述指示器的值，而在所述两个差的和远离零时减小所述指示器的值。
4.根据权利要求1或2所述的用于监测线性差动变压器型传感器的方法，其特征在于，比较所述指示器的值与至少一个预定阈值包括将所述指示器的值与第一阈值和第二阈值进行比较，使得采用与用于相反变化的阈值不同的阈值实施从正常操作状态至故障状态的改变。
5.一种用于监测线性差动变压器型传感器的装置，所述传感器包括两个二次电路，在所述二次电路中，分别引起感应电压，所述电压根据铁芯运动线性变化，其特征在于包括：
－第一装置(21)，其用于计算在给定时刻和在先前时刻在所述二次电路中的一个中的端子处的电压之间的差；
－第二装置(22)，其用于计算在所述给定时刻和在所述先前时刻在所述二次电路中的另一个中的端子处的电压之间的差；
－第三装置(23)，其用于计算先前计算的两个差的和；
－第四装置(24)，其用于根据所述先前计算的两个差的和与零相距的距离修改指示器的值，所述指示器的功能是指示传感器的故障；和
－第五装置(25)，其用于比较所述指示器的值与至少一个预定阈值。
6.一种测量链，其集成了线性差动变压器型传感器和根据权利要求5所述的用于监测线性差动变压器型传感器的装置，所述传感器包括两个二次电路，在所述二次电路中，分别引起感应电压，所述电压根据铁芯运动线性变化。
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