CN108181942A - 一种机载制氮设备控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载制氮设备控制装置及方法。该装置包括氧气浓度测量电路、控制电路和动作机构驱动电路；其中氧气浓度检测电路检测氧气浓度，转换为电压信号，并进行滤波、整形、放大和数模转换；控制电路根据氧气浓度数字信号推算出氮浓度，给出动作机构控制信号，以调节输出氮气的流量，并对设备工作时间、自检、故障、维护和报警信息进行存储和上传；动作机构驱动电路根据控制信号控制制氮设备的供气流量。本发明可以实时采集制氮设备产品气浓度，实时调节产品气流量，提供无限制的氮气资源。

Description

一种机载制氮设备控制装置及方法

技术领域

本发明涉及制氮设备，具体是涉及一种机载制氮设备控制装置及方法。

背景技术

飞机油箱为了抑爆，需要在油箱中充入氮气，建立低氧环境，防止燃油爆炸。尤其是在飞机损伤，飞机油箱破裂的时候，及时的为油箱充氮，维持油箱环境的低氧，对于保障飞行安全，有着重要意义。

当前机载氮源使用钢瓶，在起飞前充入，起飞后逐渐消耗。但是钢瓶容量有限，氮气浓度固定，压力随时间减小，直至耗竭，无法长时间提供氮气，无法对氮气浓度进行调节，无法控制氮气流量。

随着分子筛制氮技术的成熟，飞机上有了稳定可靠氮源，分子筛制氮的来源是大气，只要分子筛在工作，就能一直提供氮气，不受时间限制。分子筛制氮效率受外界环境影响较大，产出的氮气浓度会随环境变化，这样就需要一套控制装置，对分子筛制氮设备进行控制，实时的检测产出气体的浓度，进行浓度控制。但是氮气的稳定性，很难与一般物质发生反应，所以世界范围还没有氮浓度传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机载制氮设备控制装置及方法，可以实时采集制氮设备产品气浓度，实时调节产品气流量，提供无限制的氮气资源。

实现本发明的技术方案为：一种机载制氮设备控制装置，包括氧气浓度测量电路、控制电路和动作机构驱动电路；其中

氧气浓度检测电路检测氧气浓度，转换为电压信号，并进行滤波、整形、放大和数模转换；

控制电路根据氧气浓度数字信号推算出氮浓度，给出动作机构控制信号，以调节输出氮气的流量，并对设备工作时间、自检、故障、维护和报警信息进行存储和上传；

动作机构驱动电路根据控制信号控制制氮设备的供气流量。

一种机载制氮设备控制方法，包括如下步骤：

步骤1、氧气浓度传感器检测氧气浓度，转化为电压信号；

步骤2、电压信号经过滤波电路、信号放大电路和数模转换器进行滤波、整形、放大和数模转换；

步骤3、处理器接收到数字信号后，根据氧气浓度数字信号推算出氮浓度，计算出与设定浓度的差值，依据差值的大小，按设定逻辑给出控制信号，提供给动作驱动电路，以控制输出流量；

步骤4、存储芯片存储设备的工作时间、自检、故障、维护和报警信息，总线接口芯片将上述信息上传至上位机；

步骤5、步进电机驱动电路根据控制信号控制步进电机主轴前进或后退，进而使步进电机连接的阀门开大或者减小，以控制制氮设备的供气流量。

本发明与现有技术相比其显著优点为：1)本发明可实时采集制氮设备的产品气浓度，通过控制步进电机调节出气阀大小，整个过程自动完成，可满足氮气供应的精度要求。2)本发明可通过总线指令，调节产品气的浓度，满足不同状态下不同浓度氮气的供应。3)本发明具备自测试、维护提示，使用简单智能，与上位机建立总线接口，可按上位机指令控制氮气浓度与流量。4)本发明配合分子筛制氮，可提供无限制的氮气资源，最大限度满足飞机飞行安全。

附图说明

图1是本发明机载制氮设备控制系统的连接关系框图；

图2是本发明机载制氮设备控制的内部细节框图；

图3是本发明的机载制氮设备控制系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，氮设备控制装置是整个制氮系统的控制部分，与分子筛制氮设备、出口阀(含步进电机)共同构成整个系统。

如图2所示，机载制氮设备控制装置包括氮气浓度测量电路、控制电路和动作机构驱动电路。分子筛制氮，原料是大气，依靠的是分子筛对氧分子的过滤能力，过滤掉氧分子，其产生的产品气，组成为氮气、氧气机其他微量气体。由于氮气的稳定性，很难与一般物质发生反应，所以世界范围还没有氮浓度传感器。只有检测氧浓度的变化，推算出氮浓度。所以，测量产品气中的氧浓度，成为检测氮浓度的关键。具体的：

氧气浓度测量电路包括顺次连接的氧气浓度传感器、滤波电路、信号放大电路和数模转换器，用于检测电路检测氧气浓度，转换为电压信号，并进行滤波、整形、放大和数模转换，供控制电路后续采集。

目前氧浓度传感器有以下几种：氧电池、超声波氧传感器、氧化锆氧浓度传感器，以及氧化钛氧浓度传感器。其中氧电池为消耗类，需要定时更换，多用于医疗行业，不能在飞行器上使用；超声波氧传感器由于体积及飞机共振，在飞机上使用精度差；氧化锆材料的氧浓度传感器目前大规模使用在飞机制氧系统，但是其偏向于高氧低氮环境使用，在低氧高氮环境中精度差，无法达到精度指标。氧化钛氧浓度传感器已经实现国产，在汽车、飞机尾气检测中大规模应用，其适合的正是低氧高氮环境，其精度指标满足指标要求。

控制电路包括处理器、存储芯片和总线接口芯片，处理器接收到数字信号后，根据氧气浓度数字信号推算出氮浓度，计算出与设定浓度的差值，依据差值的大小，按设定逻辑给出控制信号，提供给动作驱动电路，以控制输出流量；存储芯片存储设备的工作时间、自检、故障、维护和报警信息；总线接口芯片将上述信息上传至上位机。

动作机构驱动电路为步进电机驱动电路，根据控制信号控制步进电机主轴前进或后退，进而使步进电机连接的阀门开大或者减小，以控制制氮设备的供气流量。

由于单位时间分子筛制氮量基本恒定，那么出口阀变大，出口流量越大，此时氮浓度降低，反之则变大。这个过程会一直重复，直到氮气浓度达到设定浓度。如需改变出口气氮浓度，则通过总线发送指令，控制装置收到指令后，按上文所说动作，使产品气浓度发生变化，直至达到设定浓度与流量。

机载制氮设备控制装置外侧还设置电源灯、报警灯、自检灯和维护指示灯，其中电源灯在电源开启后点亮，电源关闭后熄灭；报警灯在设备出现氮气浓度过低时点亮，正常情况下熄灭；自检灯在自检出现故障时点亮，正常情况下熄灭；维护指示灯在设备达到维护状态时点亮，正常情况下熄灭。

Claims (7)

1.一种机载制氮设备控制装置，其特征在于：包括氧气浓度测量电路、控制电路和动作机构驱动电路；其中

氧气浓度检测电路检测氧气浓度，转换为电压信号，并进行滤波、整形、放大和数模转换；

控制电路根据氧气浓度数字信号推算出氮浓度，给出动作机构控制信号，以调节输出氮气的流量，并对设备工作时间、自检、故障、维护和报警信息进行存储和上传；

动作机构驱动电路根据控制信号控制制氮设备的供气流量。

2.根据权利要求1所述的机载制氮设备控制装置，其特征在于：所述氧气浓度测量电路包括顺次连接的氮气浓度传感器、滤波电路、信号放大电路和数模转换器。

3.根据权利要求1所述的机载制氮设备控制装置，其特征在于：所述氧气浓度传感器为氧化钛传感器。

4.根据权利要求1所述的机载制氮设备控制装置，其特征在于：所述控制电路包括处理器、存储芯片和总线接口芯片，其中处理器接收到数字信号后推算出氮浓度，给出控制信号提供给动作驱动电路，以控制输出流量；存储芯片存储设备的工作时间、自检、故障、维护和报警信息；总线接口芯片将上述信息上传至上位机。

5.根据权利要求1所述的机载制氮设备控制装置，其特征在于：所述动作机构驱动电路为步进电机驱动电路，根据控制信号控制步进电机主轴前进或后退，进而使步进电机连接的阀门开大或者减小，以控制制氮设备的供气流量。

6.根据权利要求1所述的机载制氮设备控制装置，其特征在于：所述机载制氮设备控制装置还包括电源灯、报警灯、自检灯和维护指示灯，其中电源灯在电源开启后点亮，电源关闭后熄灭；报警灯在设备出现氮气浓度过低时点亮，正常情况下熄灭；自检灯在自检出现故障时点亮，正常情况下熄灭；维护指示灯在设备达到维护状态时点亮，正常情况下熄灭。

7.一种机载制氮设备控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、氮气浓度传感器检测氮气浓度，转化为电压信号；

步骤2、电压信号经过滤波电路、信号放大电路和数模转换器进行滤波、整形、放大和数模转换；

步骤3、处理器接收到数字信号后，推算出氮浓度，计算出与设定浓度的差值，依据差值的大小，按设定逻辑给出控制信号，提供给动作驱动电路，以控制输出流量；

步骤4、存储芯片存储设备的工作时间、自检、故障、维护和报警信息，总线接口芯片将上述信息上传至上位机；

步骤5、步进电机驱动电路根据控制信号控制步进电机主轴前进或后退，进而使步进电机连接的阀门开大或者减小，以控制制氮设备的供气流量。