CN111122908A - 一种航空发动机转速传感器故障自检测的电路设计装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机转速传感器故障自检测装置及方法，针对单端频率信号处理和双端频率信号处理两种转速频率信号处理方式，分别设计故障自检测电路及方法，单端转速信号处理故障自检测电路包括电源、三极管、电阻、光耦隔离、控制器电路，双端转速信号处理故障自检测电路包括电阻、电源、滤波器电路、比较器、光耦隔离、控制器电路。本发明可以检测转速传感器是否断线，当出现断线的情况，禁止起动、切换为备用通道或者停车，保证航空发动机的安全。

Description

一种航空发动机转速传感器故障自检测的电路设计装置及 方法

技术领域

本发明属于传感器故障检测技术领域，涉及一种转速传感器的故障自检测装置及故障自检测方法，可用于航空发动机转速传感器的故障自检测。

背景技术

航空发动机的转速测量一般采用磁感应音轮测速传感器，当音轮转动时，在线圈中感应出相应的交变电压信号，信号的频率和转速成正比，幅值从几百毫伏到几十伏。航空发动机控制系统通过测量转速信号的频率得到转速值。

航空发动机控制系统根据转速设定值和测量值的偏差闭环给定燃油，当航空发动机转速信号丢失或者超速时控制系统应及时停机，因而转速信号是控制系统最关键的信号之一，控制系统在运行前检测到转速传感器故障时应禁止起动，在运行中检测到转速传感器故障时应及时停机。现有用于处理转速传感器信号的电路，仅处理转速传感器频率信号，不判断转速传感器是否发生断线故障，继而不能在转速传感器故障时进行禁止起动、切换备用通道等操作，无法保证航空发动机运行的可靠性及安全性。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的是提供一种转速传感器的故障自检测装置及自检测方法，可实现对航空发动机转速传感器进行故障自检测，如果航空发动机控制系统检测到转速传感器断线，则禁止起动、切换为备用通道、停车等操作。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置，包括：控制器处理器、单端转速信号处理电路和自检测电路，其中自检测电路包括正电压、上拉电阻、并联电阻、下拉电阻、三极管、光耦隔离、负电压、光耦电阻；

所述三极管工作在开关状态，用于控制光耦隔离输入端的导通和关断；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路；

所述负电压，在光耦导通时使得转速故障自检测电路输出负电压，使得转速处理电路中的比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述正电压，在光耦关断时使得转速故障自检测电路输出正电压，当传感器断线时转速处理电阻中的比较器输出高电平，控制器处理器采集到1，当传感器未断线时正电压未达到转速处理电路中的比较器发生翻转的电压，比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述光耦电阻，用于使得光耦导通时转速故障自检测电路输出下拉到负电压；

所述上拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出上拉到正电压；

所述下拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出下拉到地；

所述并联电阻，用于转速故障自检测电路的分压。

优选的，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，传感器2线经下拉电阻接地，转速处理电路处理传感器1线的波形，并被控制器处理器采集。

优选的，所述三极管的基极与控制器处理器的转速传感器故障测试引脚连接，发射极接地，集电极接光耦隔离输入负端；

所述光耦隔离的输入正端接控制器处理器的供电电压，输入负端接三极管集电极，光耦隔离的输出负端接负电压，输出正端接光耦电阻；

所述光耦电阻一端接到光耦隔离输出正端，另一端接到传感器2线；

所述下拉电阻一端接传感器2线，另一端接地；

所述并联电阻一端接传感器1线，另一端接传感器2线；

所述上拉电阻一端接传感器1线，另一端接正电压；

所述传感器1线及2线接入单端信号转速处理电路，电路中包括比较器芯片，单端信号转速处理电路输出送入控制器处理器。

另外，一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测方法，该方法应用于所述的单端转速信号处理故障自检测装置，所述单端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

所述控制器处理器的转速传感器故障测试引脚在发动机控制器运行前发出一定频率的方波信号；

当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出一定频率方波信号时，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出0时，认为转速传感器连接正常。

其中，一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置，包括：控制器处理器、双端转速信号处理电路和自检测电路，其中所述自检测电路包括正电压、上拉电阻、下拉电阻、滤波器、比较器、光耦隔离；

所述上拉电阻及正电压，用于使传感器正常连接时，故障自检测电路输出正电压；

所述下拉电阻，用于使传感器断线时，故障自检测电路输出0；

所述滤波器，用于对故障自检测电路滤波；

所述比较器，用于将故障自检测电压与0V比较；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路。

优选的，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，转速传感器1线及2线接入双端信号转速处理电路，并被控制器处理器采集。

优选的，所述正电压连接到上拉电阻；

所述上拉电阻连接到传感器1线；

所述下拉电阻连接到传感器2线和地；

所述滤波器连接到传感器2线和比较器；

所述比较器的输入为滤波器的输出和地，比较器的输出连接到光耦隔离；

所述光耦隔离连接到控制器处理器。

另外，一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测方法，该方法应用于所述的双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述双端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

当控制器处理器采集到0时，双端信号转速故障自检测电路输出低电平，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集1时，双端信号转速故障自检测电路输出高电平，认为转速传感器连接正常。

其中，一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测的工作原理：

控制器上电时，控制器处理器转速传感器故障测试引脚输出方波信号，在方波的高电平，光耦隔离输入断开，光耦隔离的输出也断开，传感器2线没有接到负电压，在方波的低电平，光耦隔离的输入导通，光耦隔离的输出也导通，传感器2线经过光耦电阻接到负电压；

在控制器处理器转速传感器故障测试引脚输出方波信号的低电平时，转速传感器内阻与并联电阻并联后，转速传感器1线经上拉电阻接正电压，转速传感器2线经下拉电阻接地，转速传感器2线经光耦电阻接负电压，设计合适的电阻值，使得传感器正常连接和传感器断线时，故障自检测电路都输出负电压，转速处理电路比较器输出低电平；

在控制器处理器转速传感器故障测试引脚输出方波信号的高电平时，传感器正常连接和传感器断开时，转速处理电路比较器接收到的输入电压都是正电压，当传感器正常连接时，传感器内阻与并联电阻并联后的分压电阻较小，输出的正电压也较小，当传感器断线时，输出的正电压较大，转速处理电路的比较器为双阈值器件，当比较器输入超过一定正电压时比较器输出高电平，当比较器输入小于一定负电压时比较器输出低电平，设计合适的上拉电阻、并联电阻、下拉电阻，使得传感器断线时故障自检测电路输出的正电压超过比较器的正向阈值，比较器输出高电平，而传感器正常连接时故障自检测电路输出的正电压未超过比较器的正向阈值，比较器继续输出低电平，即可以在起动前判断出转速传感器断线故障。

其中，一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测的工作原理：

当传感器正常连接时，传感器经上拉电阻接到正电压，传感器经下拉电阻接到地，传感器2线输出正电压，经滤波器、比较器、光耦隔离，送入控制器处理器的为高电平；

当传感器断线时，传感器2线输出0V，经滤波器、比较器、光耦隔离，送入控制器处理器的为低电平，即可以判断出转速传感器断线故障。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：可以诊断出转速传感器的断线故障，可以在航空发动机转速传感器故障时进行禁止起动、切换到备用通道、停车等操作。

附图说明

图1为本发明的航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置。

图2为本发明的航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置。图3为本发明的航空发动机单端转速信号处理故障自检测方法流程图。

图4为本发明的航空发动机双端转速信号处理故障自检测方法流程图。

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。

图1为为本发明的航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置，包括：控制器处理器、单端转速信号处理电路和自检测电路，其中自检测电路包括正电压、上拉电阻、并联电阻、下拉电阻、三极管、光耦隔离、负电压、光耦电阻；

所述三极管工作在开关状态，用于控制光耦隔离输入端的导通和关断；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路；

所述负电压，在光耦导通时使得转速故障自检测电路输出负电压，使得转速处理电路中的比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述正电压，在光耦关断时使得转速故障自检测电路输出正电压，当传感器断线时转速处理电阻中的比较器输出高电平，控制器处理器采集到1，当传感器未断线时正电压未达到转速处理电路中的比较器发生翻转的电压，比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述光耦电阻，用于使得光耦导通时转速故障自检测电路输出下拉到负电压；

所述上拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出上拉到正电压；

所述下拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出下拉到地；

所述并联电阻，用于转速故障自检测电路的分压。

优选的，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，传感器2线经下拉电阻接地，转速处理电路处理传感器1线的波形，并被控制器处理器采集。

优选的，所述三极管的基极与控制器处理器的转速传感器故障测试引脚连接，发射极接地，集电极接光耦隔离输入负端；

所述光耦隔离的输入正端接控制器处理器的供电电压，输入负端接三极管集电极，光耦隔离的输出负端接负电压，输出正端接光耦电阻；

所述光耦电阻一端接到光耦隔离输出正端，另一端接到传感器2线；

所述下拉电阻一端接传感器2线，另一端接地；

所述并联电阻一端接传感器1线，另一端接传感器2线；

所述上拉电阻一端接传感器1线，另一端接正电压；

所述传感器1线及2线接入单端信号转速处理电路，电路中包括比较器芯片，单端信号转速处理电路输出送入控制器处理器。

图3为本发明的一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测方法流程图，该方法应用于所述的单端转速信号处理故障自检测装置，所述单端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

控制器处理器的转速传感器故障测试引脚在发动机起动以前发出一定频率的方波信号；当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出一定频率方波信号时，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出0时，认为转速传感器连接正常。

图2为本发明的一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置，包括：控制器处理器、双端转速信号处理电路和自检测电路，其中所述自检测电路包括正电压、上拉电阻、下拉电阻、滤波器、比较器、光耦隔离；

所述上拉电阻及正电压，用于使传感器正常连接时，故障自检测电路输出正电压；

所述下拉电阻，用于使传感器断线时，故障自检测电路输出0；

所述滤波器，用于对故障自检测电路滤波；

所述比较器，用于将故障自检测电压与0V比较；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路。

优选的，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，转速传感器1线及2线接入双端信号转速处理电路，并被控制器处理器采集。

优选的，所述正电压连接到上拉电阻；

所述上拉电阻连接到传感器1线；

所述下拉电阻连接到传感器2线和地；

所述滤波器连接到传感器2线和比较器；

所述比较器的输入为滤波器的输出和地，比较器的输出连接到光耦隔离；

所述光耦隔离连接到控制器处理器。

图4为本发明的一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测方法流程图，该方法应用于所述的双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述双端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

当控制器处理器采集到0时，双端信号转速故障自检测电路输出低电平，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集1时，双端信号转速故障自检测电路输出高电平，认为转速传感器连接正常。

其中，一种单端转速信号处理故障自检测设计参数为：

在进行转速传感器故障自检测时，控制器处理器转速自检测引脚输出频率1000Hz、幅值3.3V的方波信号。

转速自检测引脚经过2K欧姆限流电阻送入三极管的基极，三极管基极经过5K欧姆下拉电阻接地，三极管发射极接地，三极管的集电极经过100欧姆上拉电阻接光耦隔离TPL521输入的负端；

光耦隔离TPL521输入的正端接处理器电源3.3V，光耦隔离TPL521输出的负端接-5V，光耦隔离TPL521输出的正端经过120欧姆光耦电阻接转速传感器的2线；

转速传感器的2线经过100欧姆下拉电阻接地；

转速传感器的1线与2线间并联10K欧姆并联电阻；

转速传感器1线经过100K欧姆上拉电阻接+5V。

其中，双端转速信号处理故障自检测电路设计参数为：

上拉电阻33k欧姆，正电压5V，下拉电阻100欧姆；

滤波器采用RC滤波器；

比较器采用LM211；

光耦隔离采用TPL521。

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 (8)

1.一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，包括：

控制器处理器、单端转速信号处理电路和自检测电路，其中自检测电路包括正电压、上拉电阻、并联电阻、下拉电阻、三极管、光耦隔离、负电压、光耦电阻；

所述三极管工作在开关状态，用于控制光耦隔离输入端的导通和关断；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路；

所述负电压，在光耦导通时使得转速故障自检测电路输出负电压，使得转速处理电路中的比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述正电压，在光耦关断时使得转速故障自检测电路输出正电压，当传感器断线时转速处理电阻中的比较器输出高电平，控制器处理器采集到1，当传感器未断线时正电压未达到转速处理电路中的比较器发生翻转的电压，比较器输出低电平，控制器处理器采集到0；

所述光耦电阻，用于使得光耦导通时转速故障自检测电路输出下拉到负电压；

所述上拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出上拉到正电压；

所述下拉电阻，用于使得转速故障自检测电路输出下拉到地；

所述并联电阻，用于转速故障自检测电路的分压。

2.如权利要求1所述航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，传感器2线经下拉电阻接地，转速处理电路处理传感器1线的波形，并被控制器处理器采集。

3.如权利要求1所述航空发动机单端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，

所述三极管的基极与控制器处理器的转速传感器故障测试引脚连接，发射极接地，集电极接光耦隔离输入负端；

所述光耦隔离的输入正端接控制器处理器的供电电压，输入负端接三极管集电极，光耦隔离的输出负端接负电压，输出正端接光耦电阻；

所述光耦电阻一端接到光耦隔离输出正端，另一端接到传感器2线；

所述下拉电阻一端接传感器2线，另一端接地；

所述并联电阻一端接传感器1线，另一端接传感器2线；

所述上拉电阻一端接传感器1线，另一端接正电压；

所述传感器1线及2线接入单端信号转速处理电路，电路中包括比较器芯片，单端信号转速处理电路输出送入控制器处理器。

4.一种航空发动机单端转速信号处理故障自检测方法，该方法应用于如权利要求1-3任意一项所述的单端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述单端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

所述控制器处理器的转速传感器故障测试引脚在发动机控制器运行前发出一定频率的方波信号；

当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出一定频率方波信号时，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集到单端信号转速处理电路输出0时，认为转速传感器连接正常。

5.一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，包括：

控制器处理器、双端转速信号处理电路和自检测电路，其中所述自检测电路包括正电压、上拉电阻、下拉电阻、滤波器、比较器、光耦隔离；

所述上拉电阻及正电压，用于使传感器正常连接时，故障自检测电路输出正电压；

所述下拉电阻，用于使传感器断线时，故障自检测电路输出0；

所述滤波器，用于对故障自检测电路滤波；

所述比较器，用于将故障自检测电压与0V比较；

所述光耦隔离，用于隔离控制器单片机与外部电路。

6.如权利要求5所述航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述传感器引线分别为传感器1线、传感器2线，转速传感器1线及2线接入双端信号转速处理电路，并被控制器处理器采集。

7.如权利要求5所述航空发动机双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，

所述正电压连接到上拉电阻；

所述上拉电阻连接到传感器1线；

所述下拉电阻连接到传感器2线和地；

所述滤波器连接到传感器2线和比较器；

所述比较器的输入为滤波器的输出和地，比较器的输出连接到光耦隔离；

所述光耦隔离连接到控制器处理器。

8.一种航空发动机双端转速信号处理故障自检测方法，该方法应用于如权利要求5-7任意一项所述的双端转速信号处理故障自检测装置，其特征在于，所述双端转速信号处理故障自检测方法具体包括以下步骤：

当控制器处理器采集到0时，双端信号转速故障自检测电路输出低电平，认为转速传感器断线，当控制器处理器采集1时，双端信号转速故障自检测电路输出高电平，认为转速传感器连接正常。

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