CN110967454A - 一种分布式氧浓度实时测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种分布式氧浓度实时测量系统,包括:多个氧浓度传感器,分别插入到多个油箱中,其中每个油箱中至少插入一个所述氧浓度传感器,通过所述氧浓度传感器捕获所述油箱中的氧浓度;信号转换模块,连接于多个氧浓度传感器,用于将所述氧浓度传感器采集的模拟信号转化为数字信号;以及处理显示模块,连接于所述信号转换模块,用于将所述数字信号进行解析获得各个油箱内的氧浓度,且显示所述氧浓度。本申请的分布式氧浓度实时测量系统可以用于燃油箱惰化过程中氧浓度的实时监测分析,其不受严酷的油箱内部环境变化影响及干扰,能够解决耐油问题和延时滞后测量问题,实现防油气处理,并能够准确、连续、实时的测量和数据采集及分析。

Description

一种分布式氧浓度实时测量系统及方法
技术领域
本申请属于测量技术领域,特别涉及一种分布式氧浓度实时测量系统及方法。
背景技术
飞机机载制氮系统(OBIGGS)由发动机引气或环控引气,气流经调温调压后通过渗透膜过滤,得到惰化气体氮气,经控制阀调节来分配氮气的流量并通向油箱,使油箱上部空间氮气浓度保持在一定范围(即氧浓度低于9%),其混合气体爆炸范围为零,达到防火抑爆的目的。
为了验证机载制氮系统惰化的有效性,需进行油箱抑爆地面模拟试验和试飞验证试验,因此需要一种用于油箱抑爆原理试验验证氧浓度测试方法或系统。
发明内容
本申请的目的是提供了一种分布式氧浓度实时测量系统及方法,以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
在一方面,本申请提供的技术方案是:一种分布式氧浓度实时测量系统,所述测量系统包括:
多个氧浓度传感器,分别插入到多个油箱中,其中每个油箱中至少插入一个所述氧浓度传感器,通过所述氧浓度传感器捕获所述油箱中的氧浓度;
信号转换模块,连接于多个氧浓度传感器,用于将所述氧浓度传感器采集的模拟信号转化为数字信号;以及
处理显示模块,连接于所述信号转换模块,用于将所述数字信号进行解析获得各个油箱内的氧浓度,且显示所述氧浓度。
在一优选实施方案中,每个油箱内插入的所述氧浓度传感器的数量为1~2个。
在一优选实施方案中,所述氧浓度传感器为光电式氧浓度传感器。
在一优选实施方案中,所述氧浓度传感器包括:用于从所述油箱吸附气体或油液的微型泵组件;连接所述微型泵组件和所述油箱的连接管;用于测量油液的液位测量模块;以及由于安装所述微型泵组件、液位测量模块和连接管的结构壳体,其中,所述结构壳体具有一测量腔,所述连接管上具有位于所述测量腔内的漏液孔,通过所述微型泵组件吸附的油液自所述漏液孔泄露而被所述液位测量模块测量。
在一优选实施方案中,所述氧浓度传感器还包括密封连接构件,所述密封连接构件连接所述油箱和结构壳体,以包裹密封所述连接管和/或所述测量腔。
在一优选实施方案中,所述密封连接构件包括柔性密封连接件,所述柔性密封连接件连接所述密封连接构件与所述油箱和结构壳体接触的两端。
在另一方面,本申请提供的技术方案是:一种分布式氧浓度实时测量方法,所述测量方法包括:
将多个氧浓度传感器分别插入油箱中,每个油箱中至少插入一个所述氧浓度传感器,通过所述氧浓度传感器捕获所述油箱中的氧浓度;
连接多个氧浓度传感器于信号转换模块,通过所述信号转换模块将所述氧浓度传感器采集的模拟信号转化为数字信号;
连接所述信号转换模块于处理显示模块,通过所述处理显示模块将所述数字信号进行解析获得各个油箱内的氧浓度,且将所述所述氧浓度予以显示。
在一优选实施方案中,每个油箱内插入的所述氧浓度传感器的数量为1~2个。
在一优选实施方案中,所述氧浓度传感器为光电式氧浓度传感器。
在一优选实施方案中,所述信号转换模块设置于靠近多个传感器的中心位置。
在一优选实施方案中,所述氧浓度传感器与信号转换模块采用RS485总线连接,所述信号转换模块与处理显示模块采用RS485总线连接。
本申请提供的分布式氧浓度实时测量系统及方法可以用于燃油箱惰化过程中氧浓度的实时监测分析,其不受严酷的油箱内部环境变化影响及干扰,测试内容可以包括油箱内部总压、温度、燃油气氛等的变化,且能够解决耐油问题和延时滞后测量问题,实现防油气处理,并能够准确、连续、实时的测量和数据采集及分析。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案,下面将对附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术的集中式氧浓度测试系统示意图。
图2为本申请的分布式氧浓度测试系统示意图。
图3为本申请中传感器组件电气连接示意图。
图4为本申请中传感器组件惰化气体采集示意图。
图5为本申请中传感器组件示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了可以有效评估油箱内充填惰化气体氮气后的油箱氧浓度是否满足爆炸安全范围要求,现有技术中提出了一种氧浓度的测试系统。如图1所示,现有测试系统100中,接头101接到油箱106的接口上,通过导管102接到吸油泵103的氧传感器104上,氧传感器104通过导线接到数据分析计算机上。通过吸油泵103及导管102可见油箱内的气体抽出到氧传感器104上,氧传感器104进行测量。
其中,氧传感器104通常采用氧化锆式和电化学式传感器,但前者的传感器工作性质使得其工作时温度高、不耐油,遇到易燃介质有安全隐患,而后者的传感器具有不耐油属性,即飞机机动动作时,油液没过传感器,使传感器测量发生重大偏差。因此,氧化锆式和电化学式氧浓度传感器的工作状态不适用于油箱内带燃油蒸汽的环境,仅适用于气路总路的氧浓度测试,不能用于油箱内带燃油蒸汽的氧浓度测试。且用于测量的质谱仪等测试设备重量体积大,使用了较长的导管102抽气再进行测量,有一定的延时滞后状态。
因此,为了克服上述缺陷,本申请提供了一种可以实时进行氧浓度测量的测试系统及方法。
如图2和图3所示,本申请提供的分布式氧浓度实时测量系统200包括:多个氧浓度传感器210、信号转换模块230、以及处理显示模块240。多个氧浓度传感器210分别插入到多个油箱250中,其中每个油箱250中至少插入一个氧浓度传感器210,通过氧浓度传感器210捕获油箱250中的氧浓度。信号转换模块230为集线盒,其连接于多个氧浓度传感器210,用于将氧浓度传感器210采集的模拟信号转化为数字信号。处理显示模块240为计算处理设备,其连接于信号转换模块230,用于将数字信号进行解析获得各个油箱250内的氧浓度,且显示氧浓度,即间接的进行了惰性气体含量的测量。
在本申请的优选实施例中,每个油箱250内插入的氧浓度传感器210的数量为1~2个。
在本申请中,氧浓度传感器210为光电式氧浓度传感器,其可以伸入油箱中并将油气抽入,而不产生使油气燃烧的热量。光电式氧浓度传感器相比传统的电化学传感设备以及其他类似原理设备,具有更长的寿命,更宽泛的使用环境,更好的气氛交叉敏感性,以及更灵敏和稳固的信号输出。
如图3和图4所示,氧浓度传感器210包括微型泵组件212、连接管214、液位测量模块213及结构壳体214。其中微型泵组件212集成了微型泵、纳米膜过滤2121、光电转换2123、光学防油浸入部件2122等,其可以用来从油箱吸附气体或油液且进行气体的氧浓度测量。连接管214连接微型泵组件212和油箱250用来输运气体或油液。液位测量模块213用于测量油液。结构壳体211上设置一测量腔215及连接测量腔的三个安装口,安装口用来安装微型泵组件212、液位测量模块213和连接管214等。连接管214上位于测量腔215内的部位具有漏液孔,通过微型泵组件212吸附而来气体中具有油液时,油液自漏液孔泄露从而被液位测量模块213测量。
在本申请一优选实施方案中,氧浓度传感器210还包括密封连接构件216,密封连接构件216连接油箱250和结构壳体211,以包裹密封连接管214并密封测量腔215。
在本申请一优选实施方案中,密封连接构件216包括柔性密封连接件,密封连接构件216与油箱250和结构壳体211接触的两端之间设置柔性密封连接件。
本申请的分布式氧浓度测量系统基于光学原理且分布式测量,采用油箱惰化测试点处分布式直接抽气-测量-排气循环方案,信号转换模块就近设置,直接转换总线数据传输至处理显示模块进行显示,能够解决耐油问题和延时滞后测量问题,实现防油气处理,并能准确、连续、实时的测量、数据采集及分析。
另外,本申请提供的测量方法基于上述的采用光学原理的分布式氧浓度测试系统进行燃油箱惰化过程中氧浓度实时监测分析,能够进行准确、连续、实时的测量、数据记录及分析,有效评估油箱内惰化效能,可应用于油箱惰化地面模拟试验和试飞测试使用。
本申请的氧浓度测试方法,包括如下步骤:
步骤1:氧浓度传感器210的布局及安装:将氧浓度传感器210分别安装于不同试验油箱250的N个不同部位,一般每个油箱250的油箱舱布置1~2个测试点,氧浓度传感器210的气体采样口通过导管与油箱250上部的测试接管嘴相连。
步骤2:氧浓度传感器的连接后密封性检查:氧浓度传感器210安装后应进行油箱密封性检查,保证所有油箱和所有氧浓度传感器测试接口的密封性要求。
步骤3:电缆连接及检查:将信号转换模块(或称集线盒)布置于油箱上部,靠近N个氧浓度传感器的中心位置安装固定。氧浓度传感器的电缆分别与集线盒RS485插座连接,处理显示模块(或称处理计算设备)位于测控工作间,通过RS485总线电缆与集线盒相连,总线电缆一头与机箱的OXRS485插座连接,另一头与集线盒RS485插座连接。
步骤4:油箱惰化试验氧浓度测试:油箱惰化试验过程中,模拟典型剖面的发动机或环控引气温度和压力调节,气体经空分装置分离后,通过流量控制阀分配给各油箱进行增压。氧浓度传感器通过管接头和连接管214与油箱连接,在微型泵的作用下使氧浓度传感器内腔与油箱中的气体形成循环,以保证测量的实时性,准确性,同时将采集气体送回油箱区域。
步骤5:油箱惰化试验氧浓度测试数据分析:气体浓度分析的整个过程由计算处理设备与氧浓度传感器的数据交换过程中形成,氧浓度测试解算的逻辑架构包括:信号分析模块、测量数据模块、数据集线模块。
信号分析模块是系统人机交互操作界面,汇总多路传感器测量总线信号,集中处理,同时进行客户数据接口输出,呈现数据分析结果。
测量数据模块在分布式现场对采样气体进行实时测量,进行原始光电信号转换,同时把实时转换数据通过数据总线向系统集线器汇总。
数据集线模块作为现场多点分布式传感器组件与机箱台架信号分析模块的电源分配馈送,总线数据汇总,双向数据通讯节点设备。
根据氧浓度采集的测试数据,进行典型剖面内油箱惰化性能的分析。在气体采集过程中,如果出现油箱中的液体进入传感器液位模块,液位测量模块213就会感应到,同时通过信号传递给微型泵,使微型泵停止工作,油液就会在重力的作用下回到油箱内,使测量系统达到防油浸的目的,此状态测试数据无效。油液排出后,传感器恢复测量。
本申请的测量系统既满足飞机燃油箱惰化过程中测量的安全条件,又具备灵活的多路集成实时性数据采集,曲线记录,数据输出,是一种有效评估燃油箱惰化性能的方法。本申请可以推广应用于各类使用机载制氮等抑爆方式进行油箱惰化试验验证和试飞验证的氧浓度测试,以验证油箱惰化效果。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,所述测量系统包括:
多个氧浓度传感器,分别插入到多个油箱中,其中每个油箱中至少插入一个所述氧浓度传感器,通过所述氧浓度传感器捕获所述油箱中的氧浓度;
信号转换模块,连接于多个氧浓度传感器,用于将所述氧浓度传感器采集的模拟信号转化为数字信号;以及
处理显示模块,连接于所述信号转换模块,用于将所述数字信号进行解析获得各个油箱内的氧浓度,且显示所述氧浓度。
2.如权利要求1所述的分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,每个油箱内插入的所述氧浓度传感器的数量为1~2个。
3.如权利要求1或2所述的分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,所述氧浓度传感器为光电式氧浓度传感器。
4.如权利要求3所述的分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,所述氧浓度传感器包括:
用于从所述油箱吸附气体或油液的微型泵组件;
连接所述微型泵组件和所述油箱的连接管;
用于测量油液的液位测量模块;以及
由于安装所述微型泵组件、液位测量模块和连接管的结构壳体,其中,所述结构壳体具有一测量腔,所述连接管上具有位于所述测量腔内的漏液孔,通过所述微型泵组件吸附的油液自所述漏液孔泄露而被所述液位测量模块测量。
5.如权利要求4所述的分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,所述氧浓度传感器还包括密封连接构件,所述密封连接构件连接所述油箱和结构壳体,以包裹密封所述连接管和/或所述测量腔。
6.如权利要求5所述的分布式氧浓度实时测量系统,其特征在于,所述密封连接构件包括柔性密封连接件,所述柔性密封连接件连接所述密封连接构件与所述油箱和结构壳体接触的两端。
7.一种分布式氧浓度实时测量方法,其特征在于,所述测量方法包括:
将多个氧浓度传感器分别插入油箱中,每个油箱中至少插入一个所述氧浓度传感器,通过所述氧浓度传感器捕获所述油箱中的氧浓度;
连接多个氧浓度传感器于信号转换模块,通过所述信号转换模块将所述氧浓度传感器采集的模拟信号转化为数字信号;
连接所述信号转换模块于处理显示模块,通过所述处理显示模块将所述数字信号进行解析获得各个油箱内的氧浓度,且将所述所述氧浓度予以显示。
8.如权利要求7所述的分布式氧浓度实时测量方法,其特征在于,每个油箱内插入的所述氧浓度传感器的数量为1~2个。
9.如权利要求7或8所述的分布式氧浓度实时测量方法,其特征在于,所述氧浓度传感器为光电式氧浓度传感器。
10.如权利要求7所述的分布式氧浓度实时测量方法,其特征在于,所述信号转换模块设置于靠近多个传感器的中心位置。
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