CN109813520A - 飞行气动数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞行气动数据采集系统，涉及飞行器技术领域，该飞行气动数据采集系统包括传感器模块和采集控制模块；传感器模块包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元，传感器阵列单元与采集控制模块连接；传感器阵列单元用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；采集控制模块用于通过地址信号扫描的方式从传感器阵列单元获取压力信号。该飞行气动数据采集系统通过传感器模块和采集控制模块能够实现对多个测量点的压力测量，其中，传感器阵列单元集成有多个压力传感器，使得传感器模块体积小、重量轻，因此该飞行气动数据采集系统适于搭载在小型飞行器上。

Description

飞行气动数据采集系统

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其是涉及一种飞行气动数据采集系统。

背景技术

气动数据是飞机动力学仿真中必不可少的，应用于仿真飞机空气动力特性，建立飞机的空气动力数学模型，确保飞行模拟的逼真度和可信度。现代飞机设计的高度复杂性，对飞机性能和飞机的品质越来越高的追求，使得对飞机气动数据的要求也越来越复杂。

气动数据反映到飞机运动方程中主要是以三个力系数(升力系数、阻力系数、侧力系数)和三个力矩系数(滚转力矩系数、偏航力矩系数、俯仰力矩系数)形式给出的。飞行器飞行试验时，由于飞行器本身空间狭小、测量点多，需求一种尺寸小、重量轻、通道多、精度高的压力测量系统。例如飞行器的飞行试验系统，需要对发动机进气道、燃烧室等的压力分布实时测量。

目前现有技术中主要通过多个单独的压力传感器连接通用数据采集系统进行测量。通用数据采集系统、单独压力传感器大量使用的结果使得整个系统体积庞大、重量重，无法搭载在小型飞行器上。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞行气动数据采集系统，以减小体积、减轻重量，从而适于搭载在小型飞行器上。

第一方面，本发明实施例提供了一种飞行气动数据采集系统，包括传感器模块和采集控制模块；所述传感器模块包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元，所述传感器阵列单元与所述采集控制模块连接；

所述传感器阵列单元用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；所述采集控制模块用于通过地址信号扫描的方式从所述传感器阵列单元获取所述压力信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述传感器阵列单元包括压力传感器阵列和多个压力源输入管路；

所述压力传感器阵列与所述多个压力源输入管路的一端连接，所述多个压力源输入管路的另一端与飞行器的多个测量点一一对应连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述传感器阵列单元还包括多路选择器和放大器；所述多路选择器的输入端与所述压力传感器阵列连接，所述多路选择器的输出端通过所述放大器与所述采集控制模块连接，所述多路选择器的控制端与所述采集控制模块连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述传感器模块还包括背压补偿单元，所述背压补偿单元包括背压管和设置在所述背压管内的背压补偿传感器；

所述背压管与所述传感器阵列单元连接，用于为所述传感器阵列单元提供压力基准；所述背压补偿传感器与所述采集控制模块连接，用于检测所述背压管内的背压补偿信号，并将所述背压补偿信号发送至所述采集控制模块。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述采集控制模块包括微处理器和模数转换器，所述模数转换器与所述微处理器连接；

所述采集控制模块具体用于通过所述微处理器的地址扫描发送地址信号至所述传感器模块；所述传感器模块具体用于根据接收的所述地址信号将所述压力传感器阵列的对应通道导通，并发送对应的压力信号至所述采集控制模块；所述采集控制模块还用于通过所述模数转换器将所述压力信号转换为数字化的压力数据。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述采集控制模块还包括滤波器，所述滤波器与所述模数转换器连接；

所述滤波器用于对所述压力信号进行滤波，并将滤波后的压力信号发送至所述模数转换器。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述采集控制模块还包括二次电源，所述二次电源分别与所述微处理器和所述传感器模块连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述采集控制模块还包括熔断器，所述二次电源通过所述熔断器连接外部电源。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述飞行气动数据采集系统还包括用户端，所述用户端与所述采集控制模块连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述传感器模块还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述传感器阵列单元上；

所述温度传感器与所述采集控制模块连接，用于检测所述传感器阵列单元的温度信号，并将所述温度信号发送至所述采集控制模块。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，飞行气动数据采集系统包括传感器模块和采集控制模块；传感器模块包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元，传感器阵列单元与采集控制模块连接；传感器阵列单元用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；采集控制模块用于通过地址信号扫描的方式从传感器阵列单元获取压力信号。该飞行气动数据采集系统通过传感器模块和采集控制模块能够实现对多个测量点的压力测量，其中，传感器阵列单元集成有多个压力传感器，使得传感器模块体积小、重量轻，因此该飞行气动数据采集系统适于搭载在小型飞行器上。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种飞行气动数据采集系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统的电路连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中传感器模块的功能实现示意图；

图5为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中采集控制模块的功能实现示意图；

图6为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中采集控制模块的硬件布局示意图。

图标：

10-传感器模块；11-传感器阵列单元；111-压力传感器阵列；112-压力源输入管路；12-背压补偿单元；121-背压补偿传感器；122-背压管；131-温度传感器；20-采集控制模块；201-微处理器；202-模数转换器；203-滤波器；204-二次电源；205-熔断器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前通过多个单独的压力传感器连接通用数据采集系统进行气动数据测量，整个系统体积庞大、重量重，无法搭载在小型飞行器上。基于此，本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统，可以减小体积、减轻重量，从而适于搭载在小型飞行器上。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例所公开的一种飞行气动数据采集系统进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统的结构示意图，如图1所示，该飞行气动数据采集系统包括传感器模块10和采集控制模块20；传感器模块10包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元11，传感器阵列单元11与采集控制模块20连接。传感器阵列单元11用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；采集控制模块20用于通过地址信号扫描的方式从传感器阵列单元11获取压力信号。

传感器模块10通过集成到一块芯片传感器阵列，每个压力传感器带地址码的方式循环输出。

可选地，一个传感器模块10可以集成有16到64个压力传感器，即可以同时采集16到64通道的压力信号，与相同个数的独立压力传感器相比，大大减小了体积、减轻了重量。采集控制模块20专为传感器模块10设计，一个采集控制模块20可以同时带两个传感器模块10，即最高可以同时采集128个压力信号。因此，该飞行气动数据采集系统可以满足飞行器中空间狭小、测量点多的压力测量需求。

本发明实施例中，飞行气动数据采集系统包括传感器模块和采集控制模块；传感器模块包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元，传感器阵列单元与采集控制模块连接；传感器阵列单元用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；采集控制模块用于通过地址信号扫描的方式从传感器阵列单元获取压力信号。该飞行气动数据采集系统通过传感器模块和采集控制模块能够实现对多个测量点的压力测量，其中，传感器阵列单元集成有多个压力传感器，使得传感器模块体积小、重量轻，因此该飞行气动数据采集系统适于搭载在小型飞行器上。

图2为本发明实施例提供的另一种飞行气动数据采集系统的结构示意图，如图2所示，传感器阵列单元11包括压力传感器阵列111和多个压力源输入管路112；压力传感器阵列111与多个压力源输入管路112的一端连接，多个压力源输入管路112的另一端与飞行器的多个测量点一一对应连接。

具体地，压力传感器阵列111可以固定在飞行器上的某个位置，通过压力源输入管路112实现对多个测量点的压力测量。压力传感器阵列111中的压力传感器与压力源输入管路112一一对应连接。压力源输入管路112可以为耐高温软管，气体压力可以通过压力源输入管路112传递到对应的压力传感器上。

可选地，压力传感器阵列111可以通过电缆与采集控制模块20连接，电缆用于供电和传输信号。

为了提高测量结果的准确度，如图2所示，上述传感器模块10还包括背压补偿单元12，背压补偿单元12包括背压补偿传感器121和背压管122，背压补偿传感器121设置在背压管122内。背压管122与传感器阵列单元11连接，用于为传感器阵列单元11提供压力基准；背压补偿传感器121与采集控制模块20连接，用于检测背压管122内的背压补偿信号，并将背压补偿信号发送至采集控制模块20。采集控制模块20用于分别对获取的压力信号和背压补偿信号进行模数转换，并存储转换得到的对应数字化数据。

具体地，采集控制模块20与传感器模块10对接，通过发送地址信号选择压力传感器阵列111输出信号实现模数转换，背压补偿传感器121单独一个通道模数转换。

综合压力传感器输出的压力信号以及背压补偿传感器121输出的背压补偿信号来确定测量点的压力，使得测量点的压力测量结果更加贴合实际情况，更加准确。

可选地，背压补偿传感器121可以通过电缆与采集控制模块20连接，电缆用于供电和传输信号。

图3为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统的电路连接示意图，如图3所示，采集控制模块20包括微处理器201和模数转换器202，模数转换器202与微处理器201连接。采集控制模块20具体用于通过微处理器201的地址扫描发送地址信号至传感器模块10；传感器模块10具体用于根据接收的地址信号将压力传感器阵列111的对应通道导通，并发送对应的压力信号至采集控制模块20；采集控制模块20还用于通过模数转换器202将该压力信号转换为数字化的压力数据。

考虑到温度会影响压力的测量结果，在图1和图2的基础上，上述传感器模块10还包括温度传感器131；温度传感器131用于检测压力传感器阵列111的温度信号，并将该温度信号发送至采集控制模块20；采集控制模块20还用于通过模数转换器202将温度信号转换为数字化的温度数据。温度传感器131也是单独一个通道模数转换。在后续进行物理量转换(将数字信号转换为压力值)时同时考虑压力数据、背压补偿数据和温度数据，可以进一步提高测量结果的准确度。

在一些可能的实施例中，如图3所示，传感器模块10为两个，每个传感器模块10中的压力传感器阵列111集成有64个压力传感器。进一步地，模数转换器202包括六个独立的模数转换通道，微处理器201通过向模数转换器202发送控制信号实现六个模数转换通道的转换。

基于上述内容，采集控制模块20的运行过程如下：开机运行后，微处理器201通过6个开关量(地址信号)实现64通道的地址扫描，外加3个开关量(控制信号)实现6个独立AD转换(Analog-to-DigitalConvert，模数转换)通道(其中两个AD通道为64地址扫描通道，其余为两个温度通道，两个独立压力通道)的转换，从而控制每个压力传感器阵列111通道轮流接通到模数转换器202。

考虑到信号传输过程中存在干扰，进一步地，如图3所示，采集控制模块20还包括滤波器203，滤波器203与模数转换器202连接；滤波器203用于对上述压力信号进行滤波，并将滤波后的压力信号发送至模数转换器202。通过滤波器203的滤波，减少了压力信号在传输过程中的干扰。

进一步地，如图3所示，采集控制模块20还包括二次电源204，二次电源204分别与微处理器201和传感器模块10连接。二次电源204对外部电源进行DC/DC(直流-直流)变换，从而为采集控制模块20本身二次供电，也为传感器模块10二次供电。

进一步地，如图3所示，上述采集控制模块20还包括熔断器205，二次电源204通过熔断器205连接外部电源。这样外部供电进入DC/DC变换前有熔断器205作为母线保护。

进一步地，在一些可能的实施例中，上述飞行气动数据采集系统还包括用户端，用户端与采集控制模块20连接；采集控制模块20用于将模数转换器202转换得到的对应数字化数据(压力数据、背压补偿数据和温度数据等)一起组帧发送至用户端。

用户端是用户获取压力数据操作终端，主要完成命令发送、原始数据获取、解码、物理量转换、数据保存、图形化显示等功能。其中，命令发送指发送数据包获取命令至采集控制模块20，表示当前已准备好获取数据包。原始数据获取后经解码和物理量转换可以得到最终的压力值，测量得到的各个压力值可以进行图形化显示。

如图2所示，X1为采集控制模块20的供电及通讯接口，也即用户端接口：采集控制模块20通过X1与用户端连接。

可选地，上述采集控制模块20包括RS422通讯接口，RS422通讯接口通过电缆与用户端连接。这样在采集控制模块20和用户端之间可以实现双工通信。

图4为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中传感器模块的功能实现示意图，如图4所示，上述传感器阵列单元还包括多路选择器；多路选择器的输入端与压力传感器阵列连接，多路选择器的输出端和控制端均与采集控制模块连接。

具体地，如图4所示，采集控制模块通过地址信号扫描的方式发送地址信号至多路选择器；多路选择器的多个输入端与压力传感器阵列中的多个压力传感器一一对应连接，多路选择器通过输入的地址信号选择压力传感器进行输出，也即将对应的通道导通。

为了提高压力传感器阵列输出的压力信号的强度，如图4所示，传感器阵列单元还包括放大器，多路选择器的输出端通过放大器与采集控制模块连接，放大器将选通的压力信号传输给采集控制模块。

另外，如图4所示，背压补偿传感器因为有独立的通道，所以单独输出。采集控制模块还为压力传感器阵列和背压补偿传感器提供直流电(供电DC)。

图5为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中采集控制模块的功能实现示意图，如图5所示，该飞行气动数据采集系统是通过采集控制模块连接传感器模块实现压力数据采集和传送。采集控制模块通过地址信号扫描的方式实现从传感器模块将模拟输出信号滤波后数字化，并存入存储器，信号处理后与用户端进行422数据通信。

具体地，采集控制模块通过逻辑电路发送地址信号至传感器模块，传感器模块的输出信号进入采集控制模块后经过滤波和模数转换存入存储器，再经信号处理后送入RS422通讯接口，与用户端进行数字信号通讯。

进一步地，如图5所示，采集控制模块还进行电源转换，将27V的直流电源转换为对应电压(如+5V和±12V)的直流电源，以为采集控制模块中的其他用电器件(图5中未示出)和传感器模块供电。

图6为本发明实施例提供的一种飞行气动数据采集系统中采集控制模块的硬件布局示意图，如图6所示，外部供电进入采集控制模块后进行二次DC/DC变换，除了给采集控制模块本身芯片二次供电(+5V)外，还给传感器模块二次供电(±12V和+5V)。微处理器通过发送6位地址信号配合控制信号进行传感器模块中传感器阵列和AD转换通道的选择，选通的通道输出信号到模数转换器进行AD转换，然后经微处理器打包发送到通讯接口等待命令发送。另外，采集控制模块还包括石英谐振器，石英谐振器用于为微处理器提供时序信号。

本发明实施例提供的飞行气动数据采集系统可以但不限于在超燃冲压发动机、载人航天、飞行器等领域应用，并且实验证明，在这些领域均取得了良好的效果。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种飞行气动数据采集系统，其特征在于，包括传感器模块和采集控制模块；所述传感器模块包括集成有多个压力传感器的传感器阵列单元，所述传感器阵列单元与所述采集控制模块连接；

所述传感器阵列单元用于检测飞行器的多个测量点处的压力信号；所述采集控制模块用于通过地址信号扫描的方式从所述传感器阵列单元获取所述压力信号。

2.根据权利要求1所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述传感器阵列单元包括压力传感器阵列和多个压力源输入管路；

所述压力传感器阵列与所述多个压力源输入管路的一端连接，所述多个压力源输入管路的另一端与飞行器的多个测量点一一对应连接。

3.根据权利要求2所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述传感器阵列单元还包括多路选择器和放大器；所述多路选择器的输入端与所述压力传感器阵列连接，所述多路选择器的输出端通过所述放大器与所述采集控制模块连接，所述多路选择器的控制端与所述采集控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述传感器模块还包括背压补偿单元，所述背压补偿单元包括背压管和设置在所述背压管内的背压补偿传感器；

所述背压管与所述传感器阵列单元连接，用于为所述传感器阵列单元提供压力基准；所述背压补偿传感器与所述采集控制模块连接，用于检测所述背压管内的背压补偿信号，并将所述背压补偿信号发送至所述采集控制模块。

5.根据权利要求2所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述采集控制模块包括微处理器和模数转换器，所述模数转换器与所述微处理器连接；

所述采集控制模块具体用于通过所述微处理器的地址扫描发送地址信号至所述传感器模块；所述传感器模块具体用于根据接收的所述地址信号将所述压力传感器阵列的对应通道导通，并发送对应的压力信号至所述采集控制模块；所述采集控制模块还用于通过所述模数转换器将所述压力信号转换为数字化的压力数据。

6.根据权利要求5所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述采集控制模块还包括滤波器，所述滤波器与所述模数转换器连接；

所述滤波器用于对所述压力信号进行滤波，并将滤波后的压力信号发送至所述模数转换器。

7.根据权利要求5所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述采集控制模块还包括二次电源，所述二次电源分别与所述微处理器和所述传感器模块连接。

8.根据权利要求7所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述采集控制模块还包括熔断器，所述二次电源通过所述熔断器连接外部电源。

9.根据权利要求1所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述飞行气动数据采集系统还包括用户端，所述用户端与所述采集控制模块连接。

10.根据权利要求1所述的飞行气动数据采集系统，其特征在于，所述传感器模块还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述传感器阵列单元上；

所述温度传感器与所述采集控制模块连接，用于检测所述传感器阵列单元的温度信号，并将所述温度信号发送至所述采集控制模块。