CN114475101B - 一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，包括：飞行器平台管理终端、多参数集成传感器、监测控制箱、旋转变压器以及机载电源；该系统通过多参数集成传感器周期性地将轮胎状态相关的多种参数以及转子的旋转信号进行综合后注入到旋转变压器的转子侧，通过电磁耦合作用叠加到定子侧的电源信号中，供监测控制箱接收和处理，最后将处理后的信息上报至飞行器平台管理终端，实现飞行器轮胎相关的多种参数监控与远程管理，系统功能更加完善，采用无源方式监测轮胎状态，系统结构更加简单，便于后期维护。

Description

一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统

技术领域

本发明涉及飞行器轮胎状态监测技术领域，更具体的说是涉及一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统。

背景技术

飞行器的轮胎是飞行器重要的组成部分，其可靠性和安全性将直接关系到驾驶员与旅客的生命财产安全。以飞机为例，飞机在降落的瞬间会受到较大的冲击，可能会引起爆胎。因此，轮胎压力与温度的实时检测与监控显得非常重要。

现有的飞行器轮胎监测系统可实时对轮胎的压力进行测量，并对轮胎的压力进行适当的调整。但是，传统的飞行器轮胎监测系统只是单一的对轮胎的压力进行监控，监测参数较为单一，且一般采用有源方式进行监测，系统结构复杂、后期维护不便，无法满足实际需求。

因此，如何提供一种功能更加完善、结构简单的飞行器轮胎的多参数无线监测系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，该系统解决了现有的飞行器轮胎监测系统监测参数较为单一、采用有源方式进行监测、系统结构复杂、后期维护不便的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，该系统包括：飞行器平台管理终端、多参数集成传感器、监测控制箱、旋转变压器以及机载电源；

所述多参数集成传感器安装于飞行器的机轮上，所述监测控制箱与所述旋转变压器的定子侧电连接，所述多参数集成传感器与所述旋转变压器的转子侧电连接，所述机载电源与所述监测控制箱电连接，所述监测控制箱与所述飞行器平台管理终端通信连接；

所述机载电源为所述监测控制箱提供电源信号，所述监测控制箱将所述电源信号施加至所述旋转变压器的定子侧，且非接触地耦合到所述旋转变压器的转子侧，所述旋转变压器的转子侧将所述电源信号转换为直流电并传输至所述多参数集成传感器；

所述多参数集成传感器对机轮的轮胎状态参数进行采集，将采集到的信号与转子侧的旋转信号整合后输入所述旋转变压器的转子侧，且非接触地耦合到所述旋转变压器的定子侧，所述监测控制箱从所述旋转变压器的定子侧获取轮胎状态参数，并对所述轮胎状态参数进行处理后上报至所述飞行器平台管理终端。

进一步地，所述多参数集成传感器包括压力传感器、温度传感器、MEMS运动参数传感器、微处理器以及电源管理单元；

所述压力传感器、所述温度传感器、所述MEMS运动参数传感器以及所述电源管理单元均与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述旋转变压器的转子侧电连接。

本发明中多参数集成传感器可以对胎压、胎温、振动和加(减)速度信号等轮胎状态相关的多种参数进行检测，检测参数更加多样，功能更加完善。

进一步地，所述多参数集成传感器还包括频率输出缓冲电路，所述频率输出缓冲电路与所述微处理器电连接。频率输出缓冲电路可以使微处理器的端口驱动能力加大，能够带载输出信号。

更进一步地，所述压力传感器为硅压阻压力传感器。硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的。在硅膜片特定方向上扩散4个等值的半导体电阻，并连接成惠斯通电桥，作为力-电变换器的敏感元件。当膜片受到外界压力作用，电桥失去平衡时，若对电桥加激励电源(恒流和恒压)，便可得到与被测压力成正比的输出电压，从而达到测量压力的目的。

更进一步地，所述温度传感器为PT1000铂电阻温度传感器。PT1000铂电阻的阻值会随着温度上升而匀速增长，是较为易得、且使用较为广泛的测温器件。本发明使用该器件测温，将其通过环氧胶贴于压力芯体尾部即可，在满足测温要求的同时，降低了系统测温成本以及安装难度。

进一步地，所述监测控制箱包括电源板、主控板、滤波保护板以及连接基板，所述电源板和所述滤波保护板均通过所述连接基板与所述主控板电连接，所述电源板还与所述机载电源电连接，所述滤波保护板与所述旋转变压器的定子侧电连接。

更进一步地，所述主控板包括DSP最小系统、接口电路以及通信电路，所述接口电路和所述通信电路均与所述DSP最小系统电连接，所述通信电路还与所述飞行器平台管理终端通信连接。

进一步地，所述旋转变压器和所述多参数集成传感器均设有多个，且所述旋转变压器与所述多参数集成传感器一一对应。为了保证检测精度，可以在飞行器的每个机轮上均设置一个多参数集成传感器，相应地，旋转变压器也对应设置多个，从而可以获得每个机轮轮胎的状态参数。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，该系统通过多参数集成传感器周期性地将轮胎状态相关的多种参数以及转子的旋转信号进行综合后注入到旋转变压器的转子侧，通过电磁耦合作用叠加到定子侧的电源信号中，供监测控制箱接收和处理，最后将处理后的信息上报至飞行器平台管理终端，实现飞行器轮胎相关的多种参数监控与远程管理，系统功能更加完善，采用无源方式监测轮胎状态，系统结构更加简单，便于后期维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统的结构示意图；

图2为多参数集成传感器的结构架构示意图；

图3为监测控制箱的内部结构示意图；

图4为监测控制箱内主程序执行流程示意图；

图5为周期中断发送流程示意图；

图6为旋转变压器的信号传输原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参见附图1，本发明实施例公开了一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，该系统包括：飞行器平台管理终端1、多参数集成传感器2、监测控制箱3、旋转变压器4、以及机载电源5；

多参数集成传感器2安装于飞行器的机轮上，监测控制箱3与旋转变压器4的定子侧电连接，多参数集成传感器2与旋转变压器4的转子侧电连接，机载电源5与监测控制箱3电连接，监测控制箱3与飞行器平台管理终端1通信连接；

机载电源5为监测控制箱3提供电源信号，监测控制箱3将电源信号施加至旋转变压器4的定子侧，且非接触地耦合到旋转变压器4的转子侧，旋转变压器4的转子侧将电源信号转换为直流电并传输至多参数集成传感器2；

多参数集成传感器2对机轮的轮胎状态参数进行采集，将采集到的信号与转子侧的旋转信号整合后输入旋转变压器3的转子侧，且非接触地耦合到旋转变压器4的定子侧，监测控制箱3从旋转变压器4的定子侧获取轮胎状态参数，并对轮胎状态参数进行处理后上报至飞行器平台管理终端1。

本实施例中旋转变压器4和多参数集成传感器2均设有多个，且旋转变压器4与多参数集成传感器2一一对应。如图1所示，飞行器的两个前轮和两个后轮上各安装有一个多参数集成传感器2，对应地，旋转变压器4也设置了四个。

监测控制箱3给装在每一个机轮上的一个旋转变压器4(分别由定子和转子部分构成)提供电源，同时接收并处理来自相应的一个转子端的多参数集成传感器2采集的信号，从而实现对每一个机轮的胎压、胎温、振动和加(减)速度的在线、无源式巡检功能。

监测控制箱3在工作时给旋转变压器4的定子侧(即原边线圈)施加交流电源而非接触地耦合到转子侧(即副边线圈)，选择合适的信号发射频率后，使得转子电路可以得到稳定的直流工作电源，转子侧经过整流滤波处理后，再经过稳压电路，得到合格的直流电源，提供给多参数集成传感器2。

该多参数集成传感器2在此电源下工作，周期性地将胎压和胎温等信号转换成不同频率的信号，再将这多种信号进行综合后(同时还混合有转子的旋转信号成分)，又注入到转子侧的副边线圈中，通过电磁耦合作用叠加到定子侧原边线圈的电源信号中，供监测控制箱3接收和处理。

供监测控制箱3对接收到的原边信号进行整形、滤波处理，分析计算得到分离的胎压、胎温、振动和加(减)速度信号，并通过串行通讯接口(如RS-422接口)，按照规定的格式和协议，发送给飞行器平台管理终端1。

飞行器平台管理终端1也可以通过串行通讯接口(如RS-422接口)，对供监测控制箱3进行启动控制、设置和自检。机载电源5负责给监测控制箱3提供+28VDC电压。

具体地，参见附图2，多参数集成传感器2包括压力传感器201、温度传感器202、MEMS运动参数传感器203、微处理器204以及电源管理单元205；

压力传感器201、温度传感器202、MEMS运动参数传感器203以及电源管理单元205均与微处理器204电连接，微处理器204与旋转变压器4的转子侧电连接。

更优地，多参数集成传感器2还包括频率输出缓冲电路206，频率输出缓冲电路206与微处理器204电连接。

在本实施例中，压力传感器201采用成熟的硅压阻压力传感器，C16芯体；温度传感器202采用PT1000铂电阻温度传感器，用环氧胶贴于压力芯体尾部；MEMS运动参数传感器203采用微机电(MEMS)技术的振动、加(减)速度检测；微处理器204采用嵌入式全内置极低功耗SoC，内置12位ADC，工作温度为-55～125℃，其功能是信号采集、数字滤波、预处理和温度补偿等；频率输出缓冲电路206使得微处理器204(即MCU)的端口驱动能力加大，能够带载输出信号；电源管理单元205包括两部分，5V LDO用于数字电路供电，4.096V电压基准用于给温度传感器和压力传感器供电，2.5V电压基准用于ADC的采样参考电压。

本实施例中监测控制箱3设计基于全嵌入式、全浮空、总线不出芯片的高可靠性电路技术，所有接口信号都实现电气隔离，控制单元CPU采用嵌入式全内置DSP或ARM控制芯片。监测控制箱3与飞行器平台管理终端1通过RS-422接口连接，同时监测控制箱3内部的悬浮地也送出到平台管理终端1。

具体地，监测控制箱3包括电源板31、主控板32、滤波保护板33以及连接基板34，电源板31和滤波保护板33均通过连接基板34与主控板32电连接，电源板31还与机载电源电连接，滤波保护板33与旋转变压器的定子侧电连接。监测控制箱3内部电路板布局形式如图3所示，电源板31主要完成对隔离、变换等处理，并为主控板、以及定子提供工作电源；主控板32包括DSP最小系统与接口电路，以及RS-422通讯电路，并定子电源电流进行采样、滤波、整形处理，得到规整的方波信号；滤波保护板33完成主要完成对电源滤波、抗浪涌处理；连接基板34实现各板之间的链路。

具体地，主控板包括DSP最小系统、接口电路以及通信电路，接口电路和通信电路均与DSP最小系统电连接，通信电路还与飞行器平台管理终端通信连接。

本实施例中监测控制箱3作为系统的核心处理单元主要完成以下功能：

1)输出电源至旋转变压器的定子线圈，为多参数集成传感器工作提供电源。

2)从旋转变压器的定子线圈采集并分析转子发送过来的频率信号。

3)与飞行器平台管理终端通信，提供各机轮的胎压、胎温等数据。

4)实时监测整个系统，完成BIT功能；监测控制箱3具有上电BIT，与周期BIT功能，实现对自身的故障检测与报警。

5)提供地面维护功能。

监测控制箱3内的主程序流程如图4所示，首先系统进行初始化，使能开门狗，然后选择通道超时计数清零并开始新的计数，判断超时计数是否大于5，若大于5，直接判断四个轮是否询完，若四个轮询完，进行故障诊断并刷新发送缓冲区，然后返回至选择通道超时计数清零环节；若四个轮没有询完，也返回至选择通道超时计数清零环节；若超时计数不大于5，判断是否收到数据，若收到数据，进行超时计数清零，之后进行数据分析与处理，然后判断四个通轮是否询完；若没有收到数据，等到50ms后超时计数+1，再次判断超时计数是否大于5。

周期中断发送的流程如图5所示，首先通过周期中断入口，进入发送队列与数据准备阶段，之后启动串口发送，最后中断推出。

参见附图6，本实施例中旋转变压器4承担着多参数集成传感器2的电能供应与胎压、胎温、振动和加(减)速度信号和电源信号的综合以及双向传输功能，是本系统的关键，其传输与控制原理如附图6所示，旋转变压器4的定子侧设有发射控制电路，可以与检测控制箱对接，定子侧的发射控制电路采用自激震荡和PCB线圈形式，还可以设置采样电阻与定子震荡电路匹配，定子侧的原边线圈与转子侧的副边线圈耦合，转子侧还设有整流、滤波以及线性稳压电路，线性稳压电路与多参数集成传感器的电源管理单元连接，同时，转子侧还设有信号注入电路，信号注入电路与多参数集成传感器的频率输出缓冲电路连接，并将信号输入转子侧的副边线圈上。

综上所述，本发明实施例公开的飞行器轮胎的多参数无线监测系统，与现有技术相比，具有如下优点：

1、采用飞行器轮胎内多参数的无线监测技术，飞行器轮胎采用多参数集成化传感器和专用的耦合变压器。

2、采用胎压、胎温、振动和加(减)速度一体式传感器作为测量元件；监测控制箱与各个通道的定子之间仅采用二线连接；定子侧的发射控制电路采用自激震荡和PCB线圈形式，使得电路结构简单。

3、通过设置采样电阻与定子震荡电路匹配，使得接收信号调理与分析电路较之前的复杂调制/解调方案的电路更加简单可靠；

4、能实现在低气压、高低温交变环境下对多个轮胎(包括所有的无刹车前轮、刹车主轮)的静态胎压、胎温等参数的即时非接触式无线监测功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，包括：飞行器平台管理终端、多参数集成传感器、监测控制箱、旋转变压器以及机载电源；

所述多参数集成传感器安装于飞行器的机轮上，所述监测控制箱与所述旋转变压器的定子侧电连接，所述多参数集成传感器与所述旋转变压器的转子侧电连接，所述机载电源与所述监测控制箱电连接，所述监测控制箱与所述飞行器平台管理终端通信连接，监测控制箱内部的悬浮地到平台管理终端；

所述机载电源为所述监测控制箱提供电源信号，所述监测控制箱将所述电源信号施加至所述旋转变压器的定子侧，且非接触地耦合到所述旋转变压器的转子侧，所述旋转变压器的转子侧将所述电源信号转换为直流电并传输至所述多参数集成传感器；旋转变压器的定子侧设有发射控制电路，与检测控制箱对接，定子侧的发射控制电路采用自激震荡和PCB线圈形式，并设置采用电阻与定子震荡电路匹配；

所述多参数集成传感器包括压力传感器、温度传感器、MEMS运动参数传感器、微处理器以及电源管理单元；所述压力传感器、所述温度传感器、所述MEMS运动参数传感器以及所述电源管理单元均与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述旋转变压器的转子侧电连接；

所述多参数集成传感器还包括频率输出缓冲电路，所述频率输出缓冲电路与所述微处理器电连接；频率输出缓冲电路使得微处理器的端口驱动能力加大，并且带载输出信号；

所述多参数集成传感器对机轮的轮胎状态参数进行采集，将采集到的信号与转子侧的旋转信号整合后输入所述旋转变压器的转子侧，且非接触地耦合到所述旋转变压器的定子侧，所述监测控制箱从所述旋转变压器的定子侧获取轮胎状态参数，并对所述轮胎状态参数进行处理后上报至所述飞行器平台管理终端；

监测控制箱内的主程序流程包括：首先系统进行初始化，使能开门狗，然后选择通道超时计数清零并开始新的计数，判断超时计数是否大于5，若大于5，直接判断四个轮是否询完，若四个轮询完，进行故障诊断并刷新发送缓冲区，然后返回至选择通道超时计数清零环节；若四个轮没有询完，也返回至选择通道超时计数清零环节；若超时计数不大于5，判断是否收到数据，若收到数据，进行超时计数清零，之后进行数据分析与处理，然后判断四个通轮是否询完；若没有收到数据，等到50ms后超时计数加1，再次判断超时计数是否大于5。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，所述压力传感器为硅压阻压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，所述温度传感器为PT1000铂电阻温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，所述监测控制箱包括电源板、主控板、滤波保护板以及连接基板，所述电源板和所述滤波保护板均通过所述连接基板与所述主控板电连接，所述电源板还与所述机载电源电连接，所述滤波保护板与所述旋转变压器的定子侧电连接。

5.根据权利要求4所述的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，所述主控板包括DSP最小系统、接口电路以及通信电路，所述接口电路和所述通信电路均与所述DSP最小系统电连接，所述通信电路还与所述飞行器平台管理终端通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种飞行器轮胎的多参数无线监测系统，其特征在于，所述旋转变压器和所述多参数集成传感器均设有多个，且所述旋转变压器与所述多参数集成传感器一一对应。