CN113465701A - 一种油品油位测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种油品油位测量系统及方法，包括处理器、低通滤波器、采样电阻、传感器、差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路；处理器分为两路，一路连接到混频模块，另一路依次连接低通滤波器、采样电阻和传感器，传感器接地；采样电阻的两端连接差分采集处理电路，差分采集处理电路连接混频模块，混频模块输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路连接处理器。本发明通过测量油位传感器的阻抗，可以得到代表当前油位的准确的电容值，相比传统的测量，本发明测量的电容量消除了其中等效电阻的影响，从而提高了测量精度。

Description

一种油品油位测量系统及方法
技术领域
本发明涉及液位测量设计领域，特别涉及一种油品油位测量系统及方法。
背景技术
飞机油箱中的剩余油量是评估飞机续航能力、确保飞行安全的重要指标，在飞行过程中实时、准确地测量油箱内的剩余油量能提高飞机的飞行品质和安全性。飞机燃油测量系统早期采用耗量表传感器测量技术，即安装在供油管道上测量燃油消耗量；英美等国的第二代歼击机采用模拟式油量测量装置，即通过电容式液位传感器来测量油箱内的油量；第三代飞机广泛采用油量和耗量相结合的测量系统；目前，第四代飞机普遍采用数字式燃油测量系统。随着各方面技术的发展，数字化、智能化、集成化已成为未来飞机燃油测量系统的主要发展趋势。
当前在飞机燃油测量系统中常用的传感器依然是电容式油位传感器，可将其分为两种类型：一种是全浸入式传感器，即可以完全浸没于燃油中，另一种是非全浸入式传感器，即将电容测量模块置于油箱外部。
目前，全浸入式类型的传感器，为降低导入能量和功耗以保证安全性，一般采用专门的电容测量芯片，如CAV414，然而，该类芯片目前没有成熟的国产产品，导致该类型的产品并不具备完全的自主知识产权。非全浸入式传感器虽然不必严格限制导入能量和功耗，但是需采用法兰盘进行安装，并将法兰盘和测量模块置于油箱外，每个油量传感器都需要在油箱壁上设置一个安装孔，这对于需要安装几十个油量传感器的中型飞机而言，会对油箱的整体结构造成极大破坏。因此，需要一种全浸入式并且不依赖国外芯片的油量传感器。
此外，当前无论是全浸入式还是非全浸入式的油量传感器，都只能对油箱内剩余油量进行测量，不能同时反映出燃油的品质。现有技术是集成了油面高度测量和低油面告警功能，并不包含燃油品质测量功能。由于随着飞机飞行时间的增加，油箱内有可能会积累固体杂质颗粒与水分，从而影响燃油的品质，而燃油的品质在一定程度上会影响飞行质量，因此在对飞机油箱内油量测量的同时，有必要对燃油品质也进行监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油品油位测量系统及方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种油品油位测量系统，包括处理器、低通滤波器、采样电阻、传感器、差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路；处理器分为两路，一路连接到混频模块，另一路依次连接低通滤波器、采样电阻和传感器，传感器接地；采样电阻的两端连接差分采集处理电路，差分采集处理电路连接混频模块，混频模块输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路连接处理器。
进一步的，传感器等效为等效电阻和容抗，等效电阻和容抗并联。
进一步的，处理器用于产生TTL激励信号，低通滤波器具有限制频率，限制频率小于TTL激励信号频率的2倍。
进一步的，差分采集处理电路用于将采样电阻两端的信号做矢量差，形成待测正弦信号。
进一步的，混频模块用于将TTL激励信号和待测正弦信号相乘，并通过混频模块内的滤波电路，形成模拟量信号。
进一步的，混频模块内的滤波电路含有限制频率f2，滤波电路与乘法电路组成带通滤波器，带通滤波器的限制频率范围是[f1-f2,f1+f2]。
进一步的，模拟量信号经过混频模块的乘法电路和滤波电路后，仅保留相乘之后的常数分量。
进一步的，一种油品油位测量方法，包括以下步骤：
处理器发出TTL激励信号，经过低通滤波器后，变成同频正弦信号A；同频正弦信号A经过采样电阻和待测试传感器后到地，形成测试回路；
采样电阻两端信号，同频正弦信号A和同频正弦信号B，经过差分采集处理电路后，转换为待测正弦信号；待测正弦信号经过混频模块，输出一路模拟量信号，该模拟量信号包含待测正弦信号与TTL激励信号之间的相位信息以及自身的幅值信息；模拟量信号被模数转换电路转换为数字信号，送入处理器。
待测传感器的容抗的大小表征油箱内液面高度，等效电阻的大小表征油箱内燃油品质。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明通过测量油位传感器的阻抗，可以得到代表当前油位的准确的电容值，相比传统的测量，本发明测量的电容量消除了其中等效电阻的影响，从而提高了测量精度；
本发明通过测量油位传感器的阻抗，可以得到等效电阻，从而可以判断油箱内燃油的油品，包括由于油箱结冰产生的冷却水，油箱内混入的金属屑等杂质，杂质越多，油箱内燃油油品越差，等效电阻越小。
本发明在测量油位的同时，可以得到当前油箱内燃油品质信息，大大提高燃油剩余使用时间计算准确度；
本发明在测量油位的同时，可以得到当前油箱内燃油品质信息，达到有计划的清理油箱内杂质的目的。
附图说明
图1为该专利原理示意图。
附图标记列表
10处理器；11 TTL激励信号；12低通滤波器；13采样电阻；14待测试传感器；15同频正弦信号A；16同频正弦信号B；17差分采集处理电路；18待测正弦信号；19混频模块；20模拟量信号；21模数转换电路；22数字信号；23传感器电容；24传感器电阻；25微处理器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
图1中包含处理器10，其中处理器10发出TTL激励信号11，经过低通滤波器12后，变成同频正弦信号A 15。
具体的：
包括处理器10、低通滤波器12、采样电阻13、待测试传感器14、差分采集处理电路17、混频模块19和A/D转换电路21；处理器10分为两路，一路连接到混频模块19，另一路依次连接低通滤波器12、采样电阻13和传感器14，传感器14接地；采样电阻13的两端连接差分采集处理电路17，差分采集处理电路17连接混频模块19，混频模块19输出端连接A/D转换电路21，A/D转换电路21连接处理器10。
同频正弦信号A15经过采样电阻13和待测试传感器14后到地，形成测试回路。
待测传感器14由传感器电容23和传感器电阻24组成，传感器电容23的大小表征油箱内液面高度，传感器电阻24的大小表征油箱内燃油品质。
采样电阻13两端信号，同频正弦信号A15和同频正弦信号B16，经过差分采集处理电路17后，转换为待测正弦信号18。
待测正弦信号18经过混频模块19，输出一路模拟量信号20，该模拟量信号包含待测正弦信号18与TTL激励信号11之间的相位信息以及自身的幅值信息。
模拟量信号20被模数转换电路21转换为数字信号22，送入处理器10。
待测正弦信号17的大小取决于同频正弦信号A15和同频正弦信号B16的大小。
同频正弦信号A15和同频正弦信号B16的大小取决于采样电阻13和待测试传感器14的相对大小。
采样电阻13和待测试传感器14的相对大小取决于待测试传感器的实际阻抗大小。
待测试传感器的实际阻抗取决于传感器外部油位变化引起的变化。
图1的实施方案中，处理器10，差分采集处理电路17，混频模块19，模数转换电路21，可采用独立硬件电路实现，也可集成到微处理器25中。

Claims (8)

1.一种油品油位测量系统，其特征在于，包括处理器(10)、低通滤波器(12)、采样电阻(13)、传感器(14)、差分采集处理电路(17)、混频模块(19)和A/D转换电路(21)；处理器(10)分为两路，一路连接到混频模块(19)，另一路依次连接低通滤波器(12)、采样电阻(13)和传感器(14)，传感器(14)接地；采样电阻(13)的两端连接差分采集处理电路(17)，差分采集处理电路(17)连接混频模块(19)，混频模块(19)输出端连接A/D转换电路(21)，A/D转换电路(21)连接处理器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，传感器(14)等效为等效电阻(24)和容抗(23)，等效电阻(24)和容抗(23)并联。
3.根据权利要求1所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，处理器(10)用于产生TTL激励信号，低通滤波器(12)具有限制频率，限制频率小于TTL激励信号频率的2倍。
4.根据权利要求1所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，差分采集处理电路(17)用于将采样电阻(13)两端的信号做矢量差，形成待测正弦信号。
5.根据权利要求1所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，混频模块(19)用于将TTL激励信号(11)和待测正弦信号相乘，并通过混频模块(19)内的滤波电路，形成模拟量信号。
6.根据权利要求5所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，混频模块(19)内的滤波电路含有限制频率f2，滤波电路与乘法电路组成带通滤波器，带通滤波器的限制频率范围是[f1-f2,f1+f2]。
7.根据权利要求5所述的一种油品油位测量系统，其特征在于，模拟量信号经过混频模块(19)的乘法电路和滤波电路后，仅保留相乘之后的常数分量。
8.一种油品油位测量方法，其特征在于，基于权利要求1至7任意一项所述的一种油品油位测量系统，包括以下步骤：
处理器(10)发出TTL激励信号(11)，经过低通滤波器(12)后，变成同频正弦信号A(15)；同频正弦信号A(15)经过采样电阻(13)和待测试传感器(14)后到地，形成测试回路；
采样电阻(13)两端信号，同频正弦信号A(15)和同频正弦信号B(16)，经过差分采集处理电路(17)后，转换为待测正弦信号(18)；待测正弦信号(18)经过混频模块(19)，输出一路模拟量信号(20)，该模拟量信号包含待测正弦信号(18)与TTL激励信号(11)之间的相位信息以及自身的幅值信息；模拟量信号(20)被模数转换电路(21)转换为数字信号(22)，送入处理器(10)；
待测传感器(14)的容抗(23)的大小表征油箱内液面高度，等效电阻(24)的大小表征油箱内燃油品质。
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