CN110989463A - 一种量程在线切换系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用航天航空测量技术领域，提供一种量程在线切换系统以及方法；其中，所述量程在线切换系统包括：AD转换器，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号；将电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；以及MCU微处理器，用于接收AD转换器发送的温度、热流数字信号；当温度、热流数字信号超出温度、热流传感器的当前量程时，则对温度、热流数字信号进行调整，以对温度、热流传感器的量程进行切换。本发明一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。

Description

一种量程在线切换系统以及方法
技术领域
本发明属于航天航空测量技术领域，尤其涉及一种量程在线切换系统以及方法。
背景技术
在火箭、临近空间飞行器、高超声速飞行器、导弹、空天飞机等高速飞行器的大气层内飞行过程中，温度、热流参数的测量极为重要。
一般的温度、热流变换器采用模拟电路设计，温度、热流传感器变换器设计生产完毕后，其量程范围已经固定。而产品选用和设计时的量程是通过前期计算仿真或者参照以往历史实测值来制定，存在计算仿真与实际值有较大差异，也存在飞行出现异常现象时导致实际量程远超历史实测值的情况。这两种情况均会导致量程超过设计值，造成最终输出限幅，从而最终导致关心的温度、热流到达一定的幅度后发生限幅而测量不到的现象。另外，由于用户对量程要求不一，为了适应不同用户各式各样的量程要求，衍生了系列化的温度、热流变换器(每系列对应一种量程)，极大的增加了变换器的种类，导致变换器小批量、多品种状态的产生，给用户使用、配套厂家生产均造成了困难。
由此可见，现有的温度、热流测量中量程固定，易造成最终输出限幅而无法准确测量的情况，同时，无法适应用户各式各样的量程要求。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种量程在线切换系统，旨在解决现有的温度、热流测量中量程固定，易造成最终输出限幅而无法准确测量的情况，同时，无法适应用户各式各样的量程要求。
本发明实施例是这样实现的，一种量程在线切换系统，包括MCU微处理器以及与所述MCU微处理器通讯的AD转换器；
其中，所述AD转换器，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号；将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；将所述温度、热流数字信号发送至MCU微处理器；
所述MCU微处理器，用于接收所述AD转换器发送的所述温度、热流数字信号；判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
本发明实施例的另一目的在于一种量程在线切换方法，包括
获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号；
将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；
判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；
当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
本发明实施例提供的一种量程在线切换系统，利用高精度AD转换、数字处理以及基于电压台阶的量程标识技术三者的结合，一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种量程在线切换系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的AD转换器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的MCU微处理器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种量程在线切换系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的DA转换器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种量程在线切换系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种量程在线切换方法的实现流程图；
图8为本发明实施例提供的另一种量程在线切换方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。
航天航空温度或热流参数的测量，一般使用传感器测量温度或热流，把温度或热流信号转换为电压信号，后续变换器电路对该电压信号进行放大、调零后输出一定电压范围内的信号，为了保护后端采集电路，超过该电压范围将会被限幅。一般来说，传感器量程高于变换器量程，受限于变换器电路的限幅特征，传感器的量程只利用了其中一段。本发明实施例提供的量程在线切换系统，利用高精度AD转换技术、智能数字处理技术、基于电压台阶的量程标识技术，实现了温度、热流传感器量程的在线自动切换，使得传感器量程的利用率大幅增加。
为了进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
图1为本发明实施例提供的一种量程在线切换系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中，所述量程在线切换系统100，包括AD转换器101以及与所述AD转换器101通讯的MCU微处理器102。
其中，所述AD转换器101，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号；将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；将所述温度、热流数字信号发送至MCU微处理器102。
在本发明实施例中，温度、热流传感器可以理解为测量热传递(热流密度或热通量)的基本工具，用于测量被测部位的温度或热流信号，并将温度或热流信号转换为电压信号。
在本发明实施例中，AD转换器101为模数转换器，用于把模拟信号转换成数字信号，例如把电压信号转化为数字信号。本发明采用AD转换器对温度、热流传感器输出的电压信号进行采集，并将其转化为数字信号，以供MCU微处理器作数据计算处理使用。
所述MCU微处理器102，用于接收所述AD转换器101发送的所述温度、热流数字信号；判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
本发明实施例提供的一种量程在线切换系统，通过AD转换器获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号，并将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号，由MCU微处理器判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。本发明一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
图2为本发明实施例提供的AD转换器的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中，所述AD转换器101包括电压信号获取模块201、数字化处理模块202以及数字信号发送模块203。
其中，所述电压信号获取模块201，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号。
在本发明实施例中，温度、热流传感器可以理解为测量热传递(热流密度或热通量)的基本工具，用于测量被测部位的温度或热流信号，并将温度或热流信号转换为电压信号。
所述数字化处理模块202，用于将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号。
所述数字信号发送模块203，用于将所述温度、热流数字信号发送至MCU微处理器。
图3为本发明实施例提供的MCU微处理器的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中，所述MCU微处理器102包括数字信号接收模块301、判断模块302以及数字信号调整模块303。
其中，所述数字信号接收模块301，用于接收所述AD转换器发送的所述温度、热流数字信号。
所述判断模块302，用于判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程。
所述数字信号调整模块303，用于当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
图4为本发明实施例提供的又一种量程在线切换系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
所述量程在线切换系统，还包括DA转换器401。
所述MCU微处理器102，还用于将调整后的温度、热流数字信号发送至DA转换器401。
所述DA转换器401，用于接收所述调整后的温度、热流数字信号；将所述调整后的温度、热流数字信号进行转换后，由模拟输出电路输出。
在本发明实施例中，DA转换器401是将数字量转换为模拟量的电路，按模拟量输出方式可以分为电流输出和电压输出DA转换器，本发明为电压输出DA转换器，在DA转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应的模拟量。
本发明实施例提供的一种量程在线切换系统，通过DA转换器接收经MCU微处理器调整后的温度、热流数字信号，并将所述调整后的温度、热流数字信号进行转换后，由模拟输出电路输出；本发明一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
图5为本发明实施例提供的DA转换器的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
在本发明实施例中，所述DA转换器401包括调整信号接收模块501以及输出模块501。
其中，所述调整信号接收模块501，用于接收所述调整后的温度、热流数字信号。
所述输出模块501，用于将所述调整后的温度、热流数字信号进行转换后，由模拟输出电路输出。
图6为本发明实施例提供的另一种量程在线切换系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
在本发明实施例中，所述输出模块501包括转换子模块601以及输出子模块602。
其中，所述转换子模块601，用于将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数。
所述输出子模块602，用于在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出。
在本发明实施例中，量程标识电压台阶即为电压台阶标识信号，包括量程电压标识台阶的数量和量程电压标识台阶的幅度；本发明通过在最终输出电压信号中增加电压台阶标识信号，该电压台阶标识信号在一定时间内重复输出，用来标识当前量程值。
本发明实施例提供的一种量程在线切换系统，通过转换子模块将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数，由输出子模块在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出；本发明利用高精度AD转换、数字处理以及基于电压台阶的量程标识技术三者的结合，一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
本发明实施例提供的还一种量程在线调整系统，与上述实施例类似，不同之处在于：
所述MCU微处理器102，还用于当所述温度、热流数字信号未超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则保持所述温度、热流传感器的原量程不变。
本发明实施例提供的一种量程在线切换系统，通过实时监控温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程，以控制提高或者保持温度、热流传感器的原量程不变，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
图7为本发明实施例提供的一种量程在线切换方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
在步骤S701中，获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号。
在本发明实施例中，温度、热流传感器可以理解为测量热传递(热流密度或热通量)的基本工具，用于测量被测部位的温度或热流信号，并将温度或热流信号转换为电压信号。
在步骤S702中，将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号。
在步骤S703中，判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程，若是，则进入步骤S704，若否，则进入步骤S705。
在步骤S704中，当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
在步骤S705中，当所述温度、热流数字信号未超出量程时，则保持所述温度、热流传感器的原量程不变。
本发明实施例提供的一种量程在线切换方法，通过获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号；将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。本发明一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
图8为本发明实施例提供的另一种量程在线切换方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
所述步骤S704，具体为：
在步骤S801中，当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整。
在步骤S802中，将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数。
在步骤S803中，在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出。
本发明实施例提供的一种量程在线切换方法，通过当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整；将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数；在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出。本发明一方面，实现了在保持已有技术的精度的同时，使得传感器和变换器组合量程的利用率大幅提高，从而使得用户的使用便利性大幅提高；另一方面，有助于解决航天传感器变换器小批量多品种的状态，实现产品化设计和货架化生产。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
在步骤S701中，获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号。
在步骤S702中，将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号。
在步骤S703中，判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程，若是，则进入步骤S704，若否，则进入步骤S705。
在步骤S704中，当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
在步骤S705中，当所述温度、热流数字信号未超出量程时，则保持所述温度、热流传感器的原量程不变。
在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
在步骤S701中，获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号。
在步骤S702中，将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号。
在步骤S703中，判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程，若是，则进入步骤S704，若否，则进入步骤S705。
在步骤S704中，当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
在步骤S705中，当所述温度、热流数字信号未超出量程时，则保持所述温度、热流传感器的原量程不变。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量程在线切换系统，其特征在于，包括MCU微处理器以及与所述MCU微处理器通讯的AD转换器；
其中，所述AD转换器，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号；将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；将所述温度、热流数字信号发送至MCU微处理器；
所述MCU微处理器，用于接收所述AD转换器发送的所述温度、热流数字信号；判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
2.根据权利要求1所述的量程在线切换系统，其特征在于，所述AD转换器包括：
电压信号获取模块，用于获取测量系统中温度、热流传感器输出的电压信号；
数字化处理模块，用于将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；以及
数字信号发送模块，用于将所述温度、热流数字信号发送至MCU微处理器。
3.根据权利要求1所述的量程在线切换系统，其特征在于，所述MCU微处理器包括：
数字信号接收模块，用于接收所述AD转换器发送的所述温度、热流数字信号；
判断模块，用于判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；以及
数字信号调整模块，用于当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
4.根据权利要求1所述的量程在线切换系统，其特征在于，还包括DA转换器；
所述MCU微处理器，还用于将调整后的温度、热流数字信号发送至DA转换器；
所述DA转换器，用于接收所述调整后的温度、热流数字信号；将所述调整后的温度、热流数字信号进行转换后，由模拟输出电路输出。
5.根据权利要求4所述的量程在线切换系统，其特征在于，所述DA转换器包括：
调整信号接收模块，用于接收所述调整后的温度、热流数字信号；以及
输出模块，用于将所述调整后的温度、热流数字信号进行转换后，由模拟输出电路输出。
6.根据权利要求5所述的量程在线切换系统，其特征在于，所述输出模块包括：
转换子模块，用于将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数；以及
输出子模块，用于在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出。
7.根据权利要求4或5所述的量程在线切换系统，其特征在于，
所述量程标识电压台阶包括量程电压标识台阶的数量和量程电压标识台阶的幅度。
8.根据权利要求1所述的量程在线切换系统，其特征在于，
所述MCU微处理器，还用于当所述温度、热流数字信号未超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则保持所述温度、热流传感器的原量程不变。
9.一种量程在线切换方法，其特征在于，包括
获取测试系统中温度、热流传感器输出的电压信号；
将所述电压信号进行数字化处理，获得温度、热流数字信号；
判断所述温度、热流数字信号是否超出所述温度、热流传感器的当前量程；
当所述温度、热流数字信号超出量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换。
10.根据权利要求1所述的量程在线切换方法，其特征在于，所述当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整，以对所述温度、热流传感器的量程进行切换的步骤，具体包括：
当所述温度、热流数字信号超出所述温度、热流传感器的当前量程时，则对所述温度、热流数字信号进行调整；
将调整后的温度、热流数字信号转换为最终输出的模拟信号，并调小最终输出的放大倍数；
在所述最终输出的模拟信号中加入量程标识电压台阶后，由模拟输出电路输出。
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