CN109798192A - 用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法，当油针线性位移传感器的直流激励信号超出允许范围时，认为激励产生故障；当激励信号无故障时控制器将激励信号送入线性位移传感器的初级线圈侧。油针线性位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组反馈信号经直流处理后得到第一、二组直流反馈信号，当传感器发生故障时，任意一组直流反馈信号输出为0；当反馈信号无故障时，将第一、二组直流反馈信号进一步处理后送入航空发动机控制器，参与油针位移闭环控制。本发明能够在航空发动机运行期间检测出来油针线性位移传感器的反馈故障、激励故障，控制器可以在油针线性位移传感器出现故障时及时停机，保证航空发动机的运行安全。

Description

用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法

技术领域

本发明涉及一种可用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的油针信号调理电路设计方法，涉及航空发动机油针位移传感器的激励、反馈信号调理，及油针位移传感器信号的故障自检测。

背景技术

如图1所示，现有航空发动机油针线性位移传感器是将燃油油针的位移量转换为电量，被航空发动机电子控制器采集，控制器将由位移量计算的当前供油量与给定供油量进行比较，通过电液伺服阀闭环调整进入航空发动机的燃油，进而实现对航空发动转速的控制。当油针线性位移传感器信号丢失时，控制器应尽快停车，保证安全。

常规油针线性位移传感器的信号调理使用专门的处理芯片，芯片内部有低失真的正弦波发生器，可以提供对初级线圈的激励信号，芯片还可以对线性位移传感器次级线圈的反馈信号进行处理，用两个反馈信号的差除以两个信号的和，得到成比例的直流电压输出。专门的线性位移传感器处理芯片集成所有电路功能于一块芯片，当位移处于零位时，线性位移传感器次级线圈的两组信号电压相等，集成芯片输出为0，因而专门的集成处理芯片无法判断有任意一组传感器反馈信号为0时的故障情况，当控制器不知道油针位移传感器故障的情况时，将给出过多或者过少的燃油，造成超速超温停机。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有集成处理电路无法在航空发动机运行过程中判断线性位移传感器故障的问题，而提供一种用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法，涉及油针线性位移传感器的激励电路设计和反馈电路设计。油针线性位移传感器的激励电路设计是将线性位移传感器的激励信号处理成直流信号，判断直流激励信号是否在正常范围内，即可判断传感器激励是否存在故障，使得航空发动机控制器可以在传感器激励故障时切换为备份电路或者停机，当激励信号无故障时控制器将激励信号送入线性位移传感器的初级线圈侧。油针线性位移传感器的反馈电路设计是将两组线性位移传感器反馈信号分别处理成直流反馈信号，分别判断两组直流反馈信号是否出现故障，航空发动机控制器可以在传感器故障时及时停机，当反馈信号无故障时将第一、二组直流反馈信号处理后送入航空发动机控制器，参与油针位移闭环控制。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

SS1.使用正弦波产生电路产生正弦波信号并将正弦波信号调整为油针线性位移传感器激励所需频率及电压的正弦波后，送入油针线性位移传感器初级线圈侧；

SS2.将送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号转化为直流激励信号后经模数转换电路传输至航空发动机控制器；

SS3.航空发动机控制器判断直流激励信号是否超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围，当直流激励信号超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，则认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励产生故障，航空发动机控制器切换到备份电路或者断油停机；当直流激励信号未超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，则认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励正常；

SS4.将油针位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组正弦波反馈信号分别转化为直流信号，得到第一、二组直流反馈信号；

SS5.将第一、二组直流反馈信号分别输送至航空发动机控制器，若第一、二组直流反馈信号任一为0时，则认为油针线性位移传感器出现故障，航空发动机控制器断油停机；若第一、二组反馈直流信号均不为0时，则认为油针线性位移传感器反馈正常；

SS6.油针线性位移传感器反馈正常时，航空发动机控制器根据第一、二组直流反馈信号计算得到油针位移传感器当前的油针位移值，并根据当前的油针位移值，对燃油流量进行闭环控制。

优选地，步骤SS1中，将正弦波产生电路产生的正弦波信号依次经带通滤波器电路、信号放大及隔离电路处理后，将正弦波信号调整为油针线性位移传感器激励所需频率及电压的正弦波。

进一步地，步骤SS1中，根据油针线性位移传感器激励信号的频率和电压选择正弦波产生电路的引脚电平和旁路电阻的阻值，带通滤波器电路使用由电容电阻高通滤波器及电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器。

优选地，步骤SS2中，通过将送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号依次经均方根转直流电路、直流滤波器电路、放大器电路处理后，得到直流激励信号。

进一步地，步骤SS2中，送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号首先经一电压跟随器电路后，送入均方根直流转换电路将激励信号处理成直流信号，并根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择均方根直流转换电路的旁路电容；直流滤波器电路为两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器。

优选地，步骤SS4中，将油针位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组反馈信号分别依次送入带通滤波器及电压跟随电路、均方根转直流电路，得到的直流信号依次送入直流滤波器电路、信号放大及隔离电路处理后，得到第一、二组直流反馈信号。

进一步地，步骤SS4中，带通滤波器电路使用由电容电阻高通滤波器及电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器，根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择均方根直流电路的旁路电容，直流滤波器电路使用两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器。

优选地，步骤SS5中，将第一、二组直流反馈信号分别经模数转换电路处理后输送至航空发动机控制器，之后航空发动机控制器分别判断第一、二组直流反馈信号是否为0。

优选地，步骤SS6中，油针线性位移传感器反馈正常时，通过将第一、二组直流反馈信号分别送入加法电路、减法电路、除法电路后得到处理信号，处理信号经模数转换电路后送入航空发动机控制器，得到油针位移传感器当前的油针位移值。

进一步地，步骤SS6中，通过加法电路得到第一、二组直流反馈信号的和，通过减法电路得到第一、二组直流反馈信号的差，通过除法电路得到两个直流反馈信号的差与两个直流反馈信号的和的比值，得到成比例的直流电压输出信号经模数转换电路送入航空发动机控制器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：(1)通过将油针线性位移传感器的激励信号处理成直流信号，判断直流激励信号是否在正常范围内，即可判断传感器激励是否存在故障，使得航空发动机控制器可以在传感器激励故障时切换为备份电路或者停机，当激励信号无故障时控制器将激励信号送入线性位移传感器的初级线圈侧；(2)通过分别将油针线性位移传感器的两组反馈信号处理成直流反馈信号，通过判断直流反馈信号是否在正常范围内，即可判断油针线性位移传感器是否存在故障，使得航空发动机控制器可以在传感器反馈故障时迅速停机，当反馈信号无故障时将第一、二组直流反馈信号处理后送入航空发动机控制器，参与油针位移闭环控制。

附图说明

图1为现有油针线性位移控制流程示意图；

图2为本发明的航空发动机油针线性位移传感器故障自检测示意图；

图3为油针线性位移传感器激励信号示意图；

图4为油针线性位移传感器激励直流信号示意图；

图5为油针线性位移传感器第一组反馈直流信号示意图；

图6为油针线性位移传感器第二组反馈直流信号示意图；

图7为油针线性位移传感器反馈直流信号示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图2所示，本发明的航空发动机油针线性位移传感器故障自检测方法，按照如下步骤流程进行：

SS1.使用AD2S99芯片设计正弦波产生电路，根据油针线性位移传感器所需要的激励电压和频率设计电压选择引脚的电平和旁路电阻的阻值，产生的正弦波信号送入由电容电阻高通滤波器和电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器调整波形，再送入由OPA2192运算放大器组成的运算放大电路将输出电压调整到需要值，将调理后的激励信号送入线性位移传感器的初级线圈侧；

SS2.将送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号送入由OPA2192运算放大器组成的电压跟随器电路，然后送入AD536均方根-直流转换电路将激励信号处理成直流信号，根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择AD536芯片的旁路电容，得到的直流信号送入两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器调整波形，再送入由OPA2192运算放大器组成的运算放大电路将电压调整到后续电路可以接受的电压范围，得到直流激励信号，随后经模数转换电路送入航空发动机控制器；

SS3.航空发动机控制器判断直流激励信号是否超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围，当直流激励信号超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励产生故障，航空发动机控制器切换到备份电路或者断油停机；当直流激励信号未超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，则认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励正常；

SS4.分别将油针位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组反馈信号送入由电容电阻高通滤波器和电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器调整波形，再送入由OPA2192运算放大器组成的电压跟随器，然后送入AD536均方根-直流转换电路将第一、二组油针线性位移反馈信号处理成直流信号，根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择AD536芯片的旁路电容，得到的直流信号送入两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器调整波形，再送入由OPA2192运算放大器组成的运算放大电路将电压调整到后续电路可以接受的电压范围，得到第一、二组直流反馈信号；

SS5.将第一、二组直流反馈信号分别输送至航空发动机控制器，当第一、二组直流反馈信号为0时，可以认为油针线性位移传感器出现故障，航空发动机控制器断油停机；若第一、二组直流反馈信号均不为0时，则认为油针线性位移传感器反馈正常；

SS6.油针线性位移传感器反馈正常时，将第一、二组直流反馈信号分别送入由OPA2192运算放大器组成的加法电路，再送入由OPA2192运算放大器组成的减法电路，再送入由OPA2192运算放大器组成的除法电路，然后经模数转换电路送入航空发动机控制器，即可由油针位移得到当前的燃油流量，航空发动机控制器根据当前的燃油流量和目标燃油流量，调整电液伺服阀，可以对油针位移进行闭环控制。

实施实例：

某油针线性位移传感器激励信号3VRMS/3khz，两组反馈信号电压都小于3VRMS、频率为3khz。设计AD2S99SEL1引脚接高电平、SEL2引脚接低电平，旁路电阻20k欧姆，得到频率3khz信号。

使用multisim电路仿真软件对所设计的电路进行仿真。使用3VRMS/3khz正弦波模拟AD2S99输出，正弦波输出送入滤波器及放大器，高通滤波器电容1uF，电阻100k欧姆，低通滤波器电阻1k欧姆，电容1000pF，由于AD2S99输出为2VRMS，运算放大器放大倍数为1.5，输出3VRMS/3khz正弦波如图3所示。

将激励信号3VRMS/3khz正弦波送入滤波器和电压跟随器，高通滤波器电容1uF，电阻100k欧姆，低通滤波器电阻5.1k欧姆，电容47pF，电压跟随器采用OPA2192运算放大器设计，电压跟随器输出送入均方根转直流芯片AD536，根据频率、转换时间、转换精度选择旁通电容1uF，直流输出信号送入滤波器和运算放大器，两个低通滤波器电阻10k，电容47nF，运算放大器放大倍数为3，输出的直流激励信号如图4所示。

反馈信号电压0.72～2.63VRMS、频率3khz，假设第一组反馈信号电压为1.8VRMS，第二组反馈信号电压为1.18VRMS，将两组反馈信号分别送入滤波器和电压跟随器，高通滤波器电容1uF，电阻100k欧姆，低通滤波器电阻5.1k欧姆，电容47pF，电压跟随器采用OPA2192运算放大器设计，两组电压跟随器输出再分别送入均方根转直流芯片AD536，根据频率、转换时间、转换精度选择旁通电容1uF，两组直流输出信号分别送入滤波器和运算放大器，两个低通滤波器电阻10k，电容47nF，运算放大器放大倍数为3，输出的第一组直流反馈信号如图5所示，第二组直流反馈信号如图6所示，正常工作情况下两组直流反馈信号都不为0。

将两组直流反馈信号分别送入由OPA2192运算放大器组成的加法电路、减法电路、除法电路，得到油针位移直流电压信号如图7所示。

当直流激励信号超过油针线性位移传感器允许的电压范围时，激励电路故障，航空发动机控制器切换为备用电路或者停机。直流反馈信号在传感器正常工作时不为0，如图5，图6所示，当传感器出现故障时直流反馈信号可能为0，所设计电路可以检测出反馈直流电压为0的故障情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于航空发动机油针线性位移传感器故障自检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

SS1.使用正弦波产生电路产生正弦波信号并将正弦波信号调整为油针线性位移传感器激励所需频率及电压的正弦波后，送入油针线性位移传感器初级线圈侧；

SS2.将送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号转化为直流激励信号后经模数转换电路传输至航空发动机控制器；

SS3.航空发动机控制器判断直流激励信号是否超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围，当直流激励信号超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，则认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励产生故障，航空发动机控制器切换到备份电路或者断油停机；当直流激励信号未超出油针线性位移传感器激励信号的允许范围时，则认为航空发动机控制器对油针线性位移传感器的激励正常；

SS4.将油针位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组正弦波反馈信号分别转化为直流信号，得到第一、二组直流反馈信号；

SS5.将第一、二组直流反馈信号分别输送至航空发动机控制器，若第一、二组直流反馈信号任一为0时，则认为油针线性位移传感器出现故障，航空发动机控制器断油停机；若第一、二组反馈直流信号均不为0时，则认为油针线性位移传感器反馈正常；

SS6.油针线性位移传感器反馈正常时，航空发动机控制器根据第一、二组直流反馈信号计算得到油针位移传感器当前的油针位移值，并根据当前的油针位移值，对燃油流量进行闭环控制。

2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤SS1中，将正弦波产生电路产生的正弦波信号依次经带通滤波器电路、信号放大及隔离电路处理后，将正弦波信号调整为油针线性位移传感器激励所需频率及电压的正弦波。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤SS1中，根据油针线性位移传感器激励信号的频率和电压选择正弦波产生电路的引脚电平和旁路电阻的阻值，带通滤波器电路使用由电容电阻高通滤波器及电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器。

4.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤SS2中，通过将送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号依次经均方根转直流电路、直流滤波器电路、放大器电路处理后，得到直流激励信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤SS2中，送入油针线性位移传感器初级线圈侧的正弦波信号首先经一电压跟随器电路后，送入均方根直流转换电路将激励信号处理成直流信号，并根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择均方根直流转换电路的旁路电容；直流滤波器电路为两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器。

6.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤SS4中，将油针位移传感器次级线圈侧测量的第一、二组反馈信号分别依次送入带通滤波器及电压跟随电路、均方根转直流电路，得到的直流信号依次送入直流滤波器电路、信号放大及隔离电路处理后，得到第一、二组直流反馈信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤SS4中，带通滤波器电路使用由电容电阻高通滤波器及电阻电容低通滤波器组成的带通滤波器，根据允许的转换误差、转换时间、反馈信号频率选择均方根直流电路的旁路电容，直流滤波器电路使用两个电阻电容低通滤波器组成的二阶低通滤波器。

8.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤SS5中，将第一、二组直流反馈信号分别经模数转换电路处理后输送至航空发动机控制器，之后航空发动机控制器分别判断第一、二组直流反馈信号是否为0。

9.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，步骤SS6中，油针线性位移传感器反馈正常时，通过将第一、二组直流反馈信号分别送入加法电路、减法电路、除法电路后得到处理信号，处理信号经模数转换电路后送入航空发动机控制器，得到油针位移传感器当前的油针位移值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤SS6中，通过加法电路得到第一、二组直流反馈信号的和，通过减法电路得到第一、二组直流反馈信号的差，通过除法电路得到两个直流反馈信号的差与两个直流反馈信号的和的比值，得到成比例的直流电压输出信号经模数转换电路送入航空发动机控制器。