CN109490615A - 一种对机载设备电流的监控方法及电流采集装置 - Google Patents

Abstract

一种对机载设备电流的监控方法及电流采集装置。含有与机载设备串联的分流器和与分流器电信号连接的监控显示装置，电流采集装置设在分流器与监控显示装置之间，该电流采集装置输入端与分流器并联，输出端通过同轴电缆与监控显示装置连接，该电流采集装置含有通过电信号连接的运算隔离模块、AD采集模块、FPGA转换模块、抗干扰驱动模块及电源模块，所述的FPGA转换模块包含AD采集驱动单元和解算编码单元，抗干扰驱动模块包含电平转换单元、特性阻抗匹配单元及电容抗干扰单元。电流采集装置将数字脉冲信号通过同轴电缆传输给监控显示装置，实现对机载设备电流的采集和监控。

Description

一种对机载设备电流的监控方法及电流采集装置

技术领域

本申请属于飞机设计技术，涉及机载设备的检测，具体是一种对机载设备电流的监控方法及电流采集装置。

背景技术

在飞机系统中存在很多电气设备，对于有些供电设备，需要实时监控其所带的负载情况，即设备的输出电流值。根据电流值判断设备及负载的工作情况，当电流过大、反方向或异常时，需要进行负载管理，并送出告警信息，提醒飞行员。所以能否准确显示机载设备的电流信息，关系到飞机的用电安全。

现在飞机上普遍采用的做法是，1)采用霍尔传感器，将电流值转换为电压值然后传输到机载监控设备；2)在设备的低端或高端串联分流器，电流流过分流器产生电压值，通过线缆将此电压值直接连接到机载监控设备，机载监控设备实现对电流的采集及监控。

现有技术存在的问题，针对方法1，采用霍尔传感器，需要引入两路电源，设计结构复杂，且会造成电磁辐射超标。针对方法2，由于分流器串联在功率回路中，如果其对应的电阻值太大，大电流流过分流器会造成较大压降，分流器由于所承担的功率较大，所需要的体积将相应增大。所以一般采用豪欧级别以下的分流器，对于较小的分流器，当电流较小时，分流器的输出电压也为豪伏级别。受安装位置限制，一般机载监控设备距离分流器较远，且机载电磁环境较为复杂，通过线缆将此豪伏电压传输到机载监控设备，在传输过程会产生线路衰减，并受电磁干扰影响。所以在方法2的情况下电流的采集值精度较低，存在较大误差，对于小电流的采集数据通常采用滤波方法将其隐藏，即小电流不显示。这样会失去对小电流信号的监控功能，而一些机载设备故障会造成小电流信号异常，失去对小电流的监控也就意味着对某些机载设备故障的监控。

发明内容

本申请的目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种对机载设备电流的监控方法及电流采集装置。

一种对机载设备电流的监控方法，含有与机载设备串联的分流器和与分流器电信号连接的监控显示装置，其特征在于，1)在分流器与监控显示装置之间有一个电流采集装置，该电流采集装置输入端与分流器并联，输出端通过同轴电缆与监控显示装置连接，该电流采集装置含有通过电信号连接的运算隔离模块、AD采集模块、FPGA转换模块、抗干扰驱动模块及电源模块，所述的FPGA转换模块包含AD采集驱动单元和解算编码单元，抗干扰驱动模块包含电平转换单元、特性阻抗匹配单元及电容抗干扰单元；2)电流采集装置的运算隔离模块与分流器相连接，并将分流器的电压信号转换为低输出阻抗的差分电压信号，实现分流器与AD采集模块的隔离作用；3)FPGA转换模块的AD采集驱动单元驱动AD采集模块，完成对上述差分电压信号的采集，将其转换为数字信号；4)FPGA转换模块的解算编码单元对转换后的数字信号进行编码解算，将上述数字信号转换为数字脉冲信号，该数字脉冲信号的频率与机载电磁环境的干扰信号频率不同，将该数字脉冲信号传输到抗干扰驱动模块，该数字脉冲信号为驱动电平较低的低电平数字脉冲信号；5)抗干扰驱动模块的电平转换单元将上述低电平数字脉冲信号转换为符合机载采集电平标准的数字脉冲信号；6)抗干扰驱动模块的特性阻抗匹配单元将上述的数字脉冲信号的输出阻抗调整为与上述同轴电缆的特性阻抗相匹配，抗干扰驱动模块的电容抗干扰单元使数字脉冲信号的上升沿时间与信号在上述同轴电缆中的传输时间相匹配；7)最后，电流采集装置将上述数字脉冲信号通过同轴电缆传输给监控显示装置，实现对机载设备电流的采集和监控。

本申请的有益效果在于：1)通过电流采集装置对分流器就近采集电流信号，的方法，减小了电流信号长距离传输所造成的信号衰减及干扰，提高了电流采集精度。2)电流采集装置将电流的模拟信号转换为与机载电磁环境的干扰信号频率不同的数字脉冲信号，提高抗干扰能力。3)电流采集装置的驱动电路的输出电阻同同轴电缆的特性阻抗相匹配，减小了信号在传输过程中的反射；4)电流采集装置通过匹配数字脉冲的上升沿时间与信号沿电缆传输的延时时间，使得信号传输过程中的反射行为发生在信号的上升沿时间内，从而减小数字脉冲的振铃现象。5)本发明解决了现有技术在高负载情况下对小电流信号采集不到的问题，提高了对机载设备电流采集监控的精度和阈值范围。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1是对机载设备电流的监控方法原理框图。

图2是电流采集装置原理示意图。

具体实施方式

参见附图，以飞机的某机载设备的电流监控为例，进一步说明本发明的思想。与该机载设备串联的分流器的参数为200A/50mV，在分流器与监控显示装置之间有一个电流采集装置，该电流采集装置输入端与分流器并联，输出端通过同轴电缆与监控显示装置连接。本申请提出的电流采集装置含有通过电信号连接的运算隔离模块、AD采集模块、FPGA转换模块、抗干扰驱动模块及电源模块，所述的FPGA转换模块包含AD采集驱动单元和解算编码单元，抗干扰驱动模块包含电平转换单元、特性阻抗匹配单元及电容抗干扰单元。

电流采集的工作原理如下：电流采集装置的运算隔离模块与分流器相连接，并将分流器的电压信号转换为低输出阻抗的差分电压信号，实现分流器与AD采集模块的隔离作用；FPGA转换模块的AD采集驱动单元驱动AD采集模块，完成对上述差分电压信号的采集，将其转换为数字信号；FPGA转换模块的解算编码单元对转换后的数字信号进行编码解算，将上述数字信号转换为数字脉冲信号，该数字脉冲信号的频率为50KHz，与机载电磁环境的干扰信号频率不同，一般情况下机载电磁环境的干扰信号频率为400Hz及其谐波含量。将该数字脉冲信号传输到抗干扰驱动模块，该数字脉冲信号为驱动电平较低的低电平数字脉冲信号，为3.3V；抗干扰驱动模块的电平转换单元将上述低电平数字脉冲信号转换为符合机载采集电平标准的数字脉冲信号，机载采集电平标准为5V；抗干扰驱动模块的特性阻抗匹配单元将上述的数字脉冲信号的输出阻抗调整为与上述同轴电缆的特性阻抗相匹配，同轴电缆的特性阻抗为50欧姆，将数字脉冲信号的输出阻抗调整为50欧姆，抗干扰驱动模块的电容抗干扰单元使数字脉冲信号的上升沿时间与信号在上述同轴电缆中的传输时间相匹配，在本例中同轴电缆的长度为10米，传输时间为35纳秒，将抗干扰驱动模块的数字脉冲信号上升沿时间调整为0.15微秒；最后，电流采集装置将上述数字脉冲信号通过同轴电缆传输给监控显示装置，实现对机载设备电流的采集和监控。经过实际测试，本例中所实现的电流采集精度可达到0.5A。

Claims (2)

1.一种对机载设备电流的监控方法，含有与机载设备串联的分流器和与分流器电信号连接的监控显示装置，其特征在于，1)在分流器与监控显示装置之间有一个电流采集装置，该电流采集装置输入端与分流器并联，输出端通过同轴电缆与监控显示装置连接，该电流采集装置含有通过电信号连接的运算隔离模块、AD采集模块、FPGA转换模块、抗干扰驱动模块及电源模块，所述的FPGA转换模块包含AD采集驱动单元和解算编码单元，抗干扰驱动模块包含电平转换单元、特性阻抗匹配单元及电容抗干扰单元；2)电流采集装置的运算隔离模块与分流器相连接，并将分流器的电压信号转换为低输出阻抗的差分电压信号，实现分流器与AD采集模块的隔离作用；3)FPGA转换模块的AD采集驱动单元驱动AD采集模块，完成对上述差分电压信号的采集，将其转换为数字信号；4)FPGA转换模块的解算编码单元对转换后的数字信号进行编码解算，将上述数字信号转换为数字脉冲信号，该数字脉冲信号的频率与机载电磁环境的干扰信号频率不同，将该数字脉冲信号传输到抗干扰驱动模块，该数字脉冲信号为驱动电平较低的低电平数字脉冲信号；5)抗干扰驱动模块的电平转换单元将上述低电平数字脉冲信号转换为符合机载采集电平标准的数字脉冲信号；6)抗干扰驱动模块的特性阻抗匹配单元将上述的数字脉冲信号的输出阻抗调整为与上述同轴电缆的特性阻抗相匹配，抗干扰驱动模块的电容抗干扰单元使数字脉冲信号的上升沿时间与信号在上述同轴电缆中的传输时间相匹配；7)最后，电流采集装置将上述数字脉冲信号通过同轴电缆传输给监控显示装置，实现对机载设备电流的采集和监控。

2.一种机载设备的电流采集装置，其特征在于，该电流采集装置输入端与分流器并联，该分流器与机载设备相串联，电流采集装置的输出端通过同轴电缆与监控显示装置连接，该电流采集装置含有通过电信号连接的运算隔离模块、AD采集模块、FPGA转换模块、抗干扰驱动模块及电源模块，所述的FPGA转换模块包含AD采集驱动单元和解算编码单元，抗干扰驱动模块包含电平转换单元、特性阻抗匹配单元及电容抗干扰单元。