CN109341812A - 油箱原位信号检测系统 - Google Patents

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CN109341812A CN201811290323.3A CN201811290323A CN109341812A CN 109341812 A CN109341812 A CN 109341812A CN 201811290323 A CN201811290323 A CN 201811290323A CN 109341812 A CN109341812 A CN 109341812A
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陈淳朴
王宏
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Abstract

本发明公开了油箱原位信号检测系统，包括待检测校准的油量传感器（12）和燃油计算机（14），其特征在于：还包括信号驱动电路（1）、导线感应电容Cd（2）、C/V变换电路（3）、切换电路Ⅰ（4）、校准电路（5）、模拟油量传感器（6）、切换电路Ⅱ（7）、可调C/V变换电路（8）、多路AD采集电路（9）、控制检测电路（10）、触控LCD组件（11）、控制接口（13）；当飞机出现燃油计算机因故障导致更换出现时，只需要油箱原位信号检测系统将记录的空油/满油的电容值用模拟电容，从燃油计算机（14）油量信号输入端输入燃油计算机（14）即可实现对飞机燃油零位和满位基准的校准工作。省去了给飞机加放油的过程，提高了检测校准的效率。

Description

油箱原位信号检测系统
技术领域
本发明涉及油箱原位信号检测系统，尤其涉及用于航空燃油测量系统零位满位基准调整的航空燃油测量系统电容式油量传感器原位测量模拟试验装置。
背景技术
在飞行过程中，飞机油箱内的油量是估计飞机续航时间和确保飞行安全的重要参数。航空燃油测量系统是飞机燃油保障系统的一个重要装置。航空燃油测量系统一般由一台燃油计算机和装在多个油箱中的多只电容式油量传感器信号器组成。其原理是在飞机油箱中的电容式油量传感器将油箱油量液面高度信息转换成电容量，燃油计算机对电容量转换成电压量进行采样测量，经过处理计算得到每个油箱的液面高度及油量，对多个油箱内的油量求和就得到了飞机的总油量。影响飞机油量测量精度的因素很多，主要包括传感器制造误差、飞机油箱电缆差异、放大器增益变化、燃油属性差异、燃油计算机内部AD采样差异等。为了适应这些差异，减少误差，燃油测量系统在装机后都需要进行燃油零位满位的基准调整，即飞机空油状态的调整和飞机满油状态的调整。
目前航空燃油测量系统燃油零位和满位基准校准，是采用给飞机加油放油的方式进行。即先给飞机各油箱加满油后进行飞机油量满位基准校准；接着再将飞机各油箱放空后进行飞机油量零位基准校准。该项工作需要消耗大量的燃油，操作程序繁琐，费时费力，并且飞机在后期的运行中若出现燃油测量系统部件如燃油计算机、油量传感器等因故障需更换时，还必须再次对飞机燃油零位和满位基准进行校准。这无疑给飞机的后期维护保养带来不小的人力和物力的投入。
为了减轻飞机燃油零位和满位基准校准的人力物力投入，目前采用的方式为：通过在燃油计算机端口测量，即原位测量油箱油量传感器的零位和满位电容值，并记录；然后在有需要的时候，再将根据记录的零位和满位电容值通过模拟电容将此电容值传递给燃油计算机进行燃油零位和满位基准校准操作，即免加放油方式对飞机燃油零位和满位基准校准。但由于飞机油箱电缆所产生的分布电容的影响，使得在燃油计算机端口测量，即原位测量油箱油量传感器电容的误差较大。所以通过免加放油方式进行飞机燃油零位和满位基准校准后，其测量精度较加油放油的方式有明显地降低。
当油量传感器接入飞机油箱电缆后，其等效电路实际上是一个三端电容，如图4所示。C3为电容式油量传感器有效电容，C1、C2为电容式油量传感器的非工作面分布电容，主要为该电容式油量传感器接入油箱电缆后形成的寄生电容。由于飞机油箱电缆的长度随飞机的大小而不同，导致分布电容C1、C2的电容值可以从10nF至50nF不等，而电容式油量传感器电容有效范围为30pF到800pF左右，相差是相当大的。对于电容式油量传感器三端电容值的原位测量，现有的电容测量检测结果，主要受驱动端即A端的分布电容C1电容值的影响很大。因此，飞机油箱电缆对免加放油方法中测量电容的精度和电容模拟的精度的影响，是当前行业内急待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种方便快速、可克服油箱屏蔽电缆分布电容C1、C2及环境温度影响，具备通过电容值传递方式实现飞机燃油零位和满位基准校准功能的油箱原位信号检测系统。
为解决上述技术问题，本发明的油箱原位信号检测系统，包括待检测校准的油量传感器12和燃油计算机14，其特征在于：还包括信号驱动电路1、导线感应电容Cd2、C/V变换电路3、切换电路Ⅰ4、校准电路5、模拟油量传感器6、切换电路Ⅱ7、可调C/V变换电路8、多路AD采集电路9、控制检测电路10、触控LCD组件11、控制接口13；所述的信号驱动电路1、导线感应电容Cd2和C/V变换电路3顺序串联并连接所述的多路AD采集电路9，所述的信号驱动电路1连接所述的切换电路Ⅰ4，所述的切换电路Ⅰ4择一连接所述的校准电路5、模拟油量传感器6和一个油量传感器12后经顺序串联的切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8连接所述的多路AD采集电路9，所述的多路AD采集电路9与控制检测电路10、触控LCD组件11顺序串联，所述的控制检测电路10分别连接切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8，所述的控制检测电路10通过所述的控制接口13与燃油计算机14连接，所述的燃油计算机14连接切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7。
信号驱动电路1并联输出两路交流电压信号，一路交流电压驱动信号进入导线感应电容Cd2，由通过顺次串联的导线感应电容Cd2、C/V变换电路3组成了长屏蔽导线检测转换电路通道,C/V变换电路3输出直流电压信号V1；另一路交流电压驱动信号进入切换电路Ⅰ4，通过切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8组成了油量传感器检测转换与校准通道，可调C/V变换电路8输出直流电压信号V2。
油量传感器检测转换与校准通道单一选择接入等效为三端电容的校准电路5进行校准操作；或者单一选择接入等效为三端电容的模拟油量传感器6，检测模拟输出指定油箱中油量传感器的零位电容值和满位电容值；或者单一选择接入等效为三端电容的带有长屏蔽导线的油量传感器12，对1#油量传感器至n#油量传感器之一进行检测。
顺次串联的AD多路采集电路9、控制检测电路10、触控LCD组件11组成了信号采集控制显示电路通道；AD多路采集电路9受控制检测电路10控制，对直流电压信号V1、V2进行采集，输出数字信号到控制检测电路10；控制检测电路10同时输出控制信号到切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7、可调C/V变换电路8、AD多路采集电路9，以确定是否工作在校准状态或油量传感器原位检测状态还是模拟传感器组件检测状态；控制检测电路10控制对直流电压信号V1、V2采集变换的数字输入信号进行处理计算，把处理后的数据输出到触控LCD组件11显示；触控LCD组件11作为人机界面又将触控命令送达控制检测电路10中。
校准电路5为标准固定电容，等效为一个三端电容，两个等效串联电容C1、C2的连接点接地，两个等效串联电容C1、C2的大小为长度较短的内部屏蔽导线的分布电容，总之，校准电路5供油量传感器检测转换与校准电路通道进行量程转换校准，标准固定电容选择温度系数小的云母电容，电容值大小根据量程的大小选择。
模拟油量传感器6为可变电容C3-n与两个串联电容C1-n、C2-n并联，两个串联电容C1-n、C2-n的连接点接地，两个串联电容C1-n、C2-n的大小等效为油箱屏蔽长导线的分布电容，总之，模拟油量传感器6等效为一个三端电容，用于模拟油量传感器的零位电容值或满位电容值，并输出供燃油测量系统在不加放油的情况下进行零位满位调整。
控制检测电路10接收触控LCD组件11传送的触控命令，首先开始执行命令中断接收程序；然后执行命令解释程序；根据触控命令确定：或执行零满校准控制程序，或执行模拟控制程序，或执行测传控制程序；无论是执行模拟控制程序还是执行测传控制程序，都要确定量程，控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择校准电路5进行校准，控制可调C/V变换电路8的增益，控制AD多路采集电路9在校准状态对直流电压信号V1、V2进行第一次采集，然后自动控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7切换到油量传感器原位检测状态或模拟油量传感器检测状态，控制AD多路采集电路9对直流电压信号V1、V2进行第二次采集；根据两次采集直流电压信号V1、V2的数字量，计算传感器的电容值，将计算得到的原位测量结果输出到触控LCD组件11；其过程是先对两次采集直流电压信号V2的数字量计算得到油量传感器12受长屏蔽导线影响的电容值，再对两次采集直流电压信号V1的数字量计算得到受长屏蔽导线影响的修正值，两个数值相加；把处理后的数据输出到触控LCD组件11显示，这样就是一次电容测量的完整过程，所得到原位检测的测量结果可以克服长屏蔽导线影响。由于校准电路5内部标准固定电容选择温度系数小的云母电容，油箱原位信号检测系统每次检测时都进行校准，所以测量结果也可以克服环境温度变化对油量传感器原位检测的影响。
油箱原位信号检测系统执行零满校准控制程序时，控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择模拟传感器6输出到燃油计算机14，输出指定油箱中油量传感器的零位电容值或满位电容值，控制检测电路10通过控制接口13向燃油计算机14传送控制信号，通过控制燃油计算机14对油箱油位进行零位和/或满位的分组调整。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
精度和测量的稳定性得到了提高。由于考虑了油箱电缆对油量传感器12测量结果的影响，所以其测量结果更接近实际情况，故测量精度显著提高且重复测量的一致性较好。
方便快速。本发明需要在飞机首次加放油油量零位满位基准校准时在燃油计算机14油量信号输入端进行飞机油箱空油/满油电容量的测量，并分别记录下空油和满油状态下的电容值。当飞机出现燃油计算机因故障导致更换出现时，只需要油箱原位信号检测系统将记录的空油/满油的电容值用模拟电容，从燃油计算机14油量信号输入端输入燃油计算机14即可实现对飞机燃油零位和满位基准的校准工作。这省去了给飞机加放油的过程，大大提高了飞机燃油零位和满位基准校准工作的效率，并且降低了燃油消耗。特别适用于大飞机燃油测量系统。
附图说明
图1是本发明的油箱原位信号检测系统电路原理框图。
图2是本发明的油箱原位信号检测系统的控制检测电路的内置控制软件程序流程示意图。
图3是本发明的油箱原位信号检测系统的控制检测电路的内置控制软件程序的模拟、测传电容测量程序流程示意图。
图4是油量传感器接入飞机油箱电缆后的等效电路示意图。
图中：1.信号驱动电路，2.导线感应电容Cd，3. C/V变换电路，4.切换电路Ⅰ，5.校准电路，6.模拟油量传感器，7.切换电路Ⅱ，8.可调C/V变换电路，9.多路AD采集电路，10.控制检测电路，11.触控LCD组件，12.油量传感器，13. 控制接口，14.燃油计算机。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的一种最佳实施例中，油箱原位信号检测系统，包括待检测校准的油量传感器12和燃油计算机14，其特征在于：还包括信号驱动电路1、导线感应电容Cd2、C/V变换电路3、切换电路Ⅰ4、校准电路5、模拟油量传感器6、切换电路Ⅱ7、可调C/V变换电路8、多路AD采集电路9、控制检测电路10、触控LCD组件11、控制接口13；所述的信号驱动电路1、导线感应电容Cd2和C/V变换电路3顺序串联并连接所述的多路AD采集电路9，所述的信号驱动电路1连接所述的切换电路Ⅰ4，所述的切换电路Ⅰ4择一连接所述的校准电路5、模拟油量传感器6和一个油量传感器12后经顺序串联的切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8连接所述的多路AD采集电路9，所述的多路AD采集电路9与控制检测电路10、触控LCD组件11顺序串联，所述的控制检测电路10分别连接切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8，所述的控制检测电路10通过所述的控制接口13与燃油计算机14连接，所述的燃油计算机14连接切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7。
信号驱动电路1并联输出两路交流电压信号，一路交流电压驱动信号进入导线感应电容Cd2，由通过顺次串联的导线感应电容Cd2、C/V变换电路3组成了长屏蔽导线检测转换电路通道,C/V变换电路3输出直流电压信号V1；另一路交流电压驱动信号进入切换电路Ⅰ4，通过切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7和可调C/V变换电路8组成了油量传感器检测转换与校准通道，可调C/V变换电路8输出直流电压信号V2。
油量传感器检测转换与校准通道单一选择接入等效为三端电容的校准电路5进行校准操作；或者单一选择接入等效为三端电容的模拟油量传感器6，检测模拟输出指定油箱中油量传感器的零位电容值和满位电容值；或者单一选择接入等效为三端电容的带有长屏蔽导线的油量传感器12，对1#油量传感器至n#油量传感器之一进行检测。
顺次串联的AD多路采集电路9、控制检测电路10、触控LCD组件11组成了信号采集控制显示电路通道；AD多路采集电路9受控制检测电路10控制，对直流电压信号V1、V2进行采集，输出数字信号到控制检测电路10；控制检测电路10同时输出控制信号到切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7、可调C/V变换电路8、AD多路采集电路9，以确定是否工作在校准状态或油量传感器原位检测状态还是模拟传感器组件检测状态；控制检测电路10控制对直流电压信号V1、V2采集变换的数字输入信号进行处理计算，把处理后的数据输出到触控LCD组件11显示；触控LCD组件11作为人机界面又将触控命令送达控制检测电路10中。
校准电路5为标准固定电容，等效为一个三端电容，两个等效串联电容C1、C2的连接点接地，两个等效串联电容C1、C2的大小为长度较短的内部屏蔽导线的分布电容，总之，校准电路5供油量传感器检测转换与校准电路通道进行量程转换校准，标准固定电容选择温度系数小的云母电容，电容值大小根据量程的大小选择。
模拟油量传感器6为可变电容C3-n与两个串联电容C1-n、C2-n并联，两个串联电容C1-n、C2-n的连接点接地，两个串联电容C1-n、C2-n的大小等效为油箱屏蔽长导线的分布电容，总之，模拟油量传感器6等效为一个三端电容，用于模拟油量传感器的零位电容值或满位电容值，并输出供燃油测量系统在不加放油的情况下进行零位满位调整。
参阅图2和图3， 控制检测电路10中的控制程序软件，首先开始执行命令中断接收程序；然后执行命令解释程序；根据触控命令择一确定零满校准控制程序、模拟控制程序或测传控制程序。
一、零满校准控制程序：
控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择模拟油量传感器6输出到燃油计算机14，输出指定油箱中油量传感器的零位电容值或满位电容值，控制检测电路10通过控制接口13向燃油计算机14传送控制信号，通过控制燃油计算机14对油箱油位进行零位和/或满位的分组调整。
二、模拟控制程序：
先执行校准控制程序，控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择校准电路5进行校准，控制可调C/V变换电路8的增益；接着执行采集直流电压信号V1、V2程序1：控制AD多路采集电路9在校准状态对直流电压信号V1、V2进行采集；执行模拟控制程序中控制程序：控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择模拟油量传感器6，进入可调C/V变换电路8，对模拟油量传感器6进行测量；执行采集直流电压信号V1、V2程序2：控制AD多路变换电路9对直流电压信号V1、V2进行采集；执行电容计算程序：根据两次采集直流电压信号V1、V2的数字量，计算模拟油量传感器6的电容值--先对两次采集直流电压信号V2的数字量计算得到油量传感器受长屏蔽导线影响的电容值，再对两次采集直流电压信号V1的数字量计算得到油量传感器受长屏蔽导线影响的修正值，两个数值相加；结果送指定显示变量。
在此过程中，通过调节模拟油量传感器6中可变电容C3-n的电容值为指定油箱中油量传感器的零位电容值或满位电容值。
三、测传控制程序：
先执行校准控制程序，控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择校准电路5进行校准，控制可调C/V变换电路8的增益；接着执行采集直流电压信号V1、V2程序1：控制AD多路采集电路9在校准状态对直流电压信号V1、V2进行采集；执行测传控制程序中控制程序：控制切换电路Ⅰ4、切换电路Ⅱ7选择油量传感器12中指定油箱中1#油量传感器至n#油量传感器之一，进入可调C/V变换电路8，对油量传感器12中指定油箱中油量传感器进行测量；执行采集直流电压信号V1、V2程序2：控制AD多路采集电路9对直流电压信号V1、V2进行采集；执行电容计算程序：根据两次采集直流电压信号V1、V2的数字量，计算油量传感器12中指定油箱中油量传感器的电容值--先对两次采集直流电压信号V2的数字量计算得到油量传感器受长屏蔽导线影响的电容值，再对两次采集直流电压信号V1的数字量计算得到油量传感器受长屏蔽导线影响的修正值，两个数值相加；结果送指定显示变量。
执行显示程序：把处理后的数据输出到触控LCD组件11显示。
返回程序开始处。
这样得到原位检测的测量结果可以克服长屏蔽导线影响。由于校准电路5内部标准固定电容选择温度系数小的云母电容，油量传感器原位检测系统每次检测时都进行校准，所以测量结果可以克服环境温度变化对油量传感器原位检测系统内部检测电路的影响。
航空燃油测量系统的零满位调整的具体过程如下：
航空燃油测量系统电容式油量传感器原位测量是将航空燃油测量系统电容式油量传感器用油箱原位信号检测系统测量在空油或满油状态下的电容值，并记录。
航空燃油测量系统电容式油量传感器零满位调整，根据记录值，利用油箱原位信号检测系统内部的模拟油量传感器，对其进行测量并调整，使其达到指定的电容值，模拟某一油箱内的电容式油量传感器的零位电容值或满位电容值，并输出给航空燃油测量系统，然后用油箱原位信号检测系统对航空燃油测量系统进行某一油箱零位满位调整操作；完毕后，重复进行下一组油箱零位满位调整操作。

Claims (6)

1.油箱原位信号检测系统，包括待检测校准的油量传感器（12）和燃油计算机（14），其特征在于：还包括信号驱动电路（1）、导线感应电容Cd（2）、C/V变换电路（3）、切换电路Ⅰ（4）、校准电路（5）、模拟油量传感器（6）、切换电路Ⅱ（7）、可调C/V变换电路（8）、多路AD采集电路（9）、控制检测电路（10）、触控LCD组件（11）、控制接口（13）；所述的信号驱动电路（1）、导线感应电容Cd（2）和C/V变换电路（3）顺序串联并连接所述的多路AD采集电路（9），所述的信号驱动电路（1）连接所述的切换电路Ⅰ（4），所述的切换电路Ⅰ（4）择一连接所述的校准电路（5）、模拟油量传感器（6）和油量传感器（12）后经顺序串联的切换电路Ⅱ（7）和可调C/V变换电路（8）连接所述的多路AD采集电路（9），所述的多路AD采集电路（9）与控制检测电路（10）、触控LCD组件（11）顺序串联，所述的控制检测电路（10）分别连接切换电路Ⅰ（4）、切换电路Ⅱ（7）和可调C/V变换电路（8），所述的控制检测电路（10）通过所述的控制接口（13）与燃油计算机（14）连接，所述的燃油计算机（14）连接切换电路Ⅰ（4）、切换电路Ⅱ（7）。
2.根据权利要求1所述的油箱原位信号检测系统，其特征在于：信号驱动电路（1）并联输出两路交流电压信号，一路交流电压驱动信号进入导线感应电容Cd（2），由通过顺次串联的导线感应电容Cd（2）、C/V变换电路（3）组成了长屏蔽导线检测转换电路通道,C/V变换电路（3）输出直流电压信号V1；另一路交流电压驱动信号进入切换电路Ⅰ（4），通过切换电路Ⅰ（4）、切换电路Ⅱ（7）和可调C/V变换电路（8）组成了油量传感器检测转换与校准通道，可调C/V变换电路（8）输出直流电压信号V2。
3.根据权利要求2所述的油箱原位信号检测系统，其特征在于：油量传感器检测转换与校准通道单一选择接入等效为三端电容的校准电路（5）进行校准操作；或者单一选择接入等效为三端电容的模拟油量传感器（6），检测模拟输出指定油箱中油量传感器的零位电容值和满位电容值；或者单一选择接入等效为三端电容的带有长屏蔽导线的油量传感器（12），对1#油量传感器至n#油量传感器之一进行检测。
4.根据权利要求3所述的油箱原位信号检测系统，其特征在于：顺次串联的AD多路采集电路（9）、控制检测电路（10）、触控LCD组件（11）组成了信号采集控制显示电路通道；AD多路采集电路（9）受控制检测电路（10）控制，对直流电压信号V1、V2进行采集，输出数字信号到控制检测电路（10）；控制检测电路（10）同时输出控制信号到切换电路Ⅰ（4）、切换电路Ⅱ（7）、可调C/V变换电路（8）、AD多路采集电路（9），以确定是否工作在校准状态或油量传感器原位检测状态还是模拟传感器组件检测状态；控制检测电路（10）控制对直流电压信号V1、V2采集变换的数字输入信号进行处理计算，把处理后的数据输出到触控LCD组件（11）显示；触控LCD组件（11）作为人机界面又将触控命令送达控制检测电路（10）中。
5.根据权利要求1、2、3或4任一所述的油箱原位信号检测系统，其特征在于：校准电路（5）为标准固定电容，等效为一个三端电容，两个等效串联电容C1、C2的连接点接地，两个等效串联电容C1、C2的大小为长度较短的内部屏蔽导线的分布电容，校准电路（5）供油量传感器检测转换与校准电路通道进行量程转换校准，标准固定电容选择温度系数小的云母电容，电容值大小根据量程的大小选择。
6.根据权利要求1、2、3或4任一所述的油箱原位信号检测系统，其特征在于：模拟油量传感器（6）为可变电容C3-n与两个串联电容C1-n、C2-n并联，两个串联电容C1-n、C2-n的连接点接地，两个串联电容C1-n、C2-n的大小等效为油箱屏蔽长导线的分布电容，模拟油量传感器（6）等效为一个三端电容，用于模拟油量传感器的零位电容值或满位电容值，并输出供燃油测量系统在不加放油的情况下进行零位满位调整。
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