CN116007663A - 用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统，采用两种不同频率的正弦信号叠加合成非正弦激励源，通过采集测量电阻的电压信号，由电感阻抗增量计算接近传感器的电感值，有效消除了等效线缆阻抗以及环境温度对测量的影响，并通过连续比较判断当前接近/远离状态。本发明具有结构简单、实时性高、解算准确的优点。

Description

用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统

技术领域

本发明涉及飞机起落架收放系统的位置指示，具体涉及接近传感器的解算方法，特别是一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统。

背景技术

起落架收放系统是飞机的重要功能单元，一般采用接触式或者接近式传感器对的当前位置进行采样，判断起落架的位置。接近式传感器一般采用电感式，需要收放控制系统的解算单元通过计算才能准确判断当前位置，从而为起落架的收/放控制提供动作依据。由于接近传感器的电感值一般较小，容易受到外部因素的干扰引起测量误差。这些因素中接近传感器到收放控制盒之间的等效线缆阻抗以及环境温度对测量的影响较大，往往导致解算结果错误，而一般的电感测量方法电路结构复杂，不易实现。因此，如何能够提供一种结构简单、实时性高、解算准确的接近传感器解算方法成为亟待解决的技术问题。

CN111541442A提供了一种解算接近传感器对应的电感量方法，其针对纯电感或无耗电感，着重考虑了分布电容的影响，未考虑线路电阻值不同、电感本身电阻差异以及温度变化对电感测量的影响。另外，采用三角函数计算，计算过程较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统，提高接近传感器解算准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，包括以下步骤：

S1、获取两种不同频率的正弦信号，将所述两种不同频率的正弦信号叠加合成为非正弦信号；

S2、利用所述非正弦信号生成电压激励信号；

S3、将所述电压激励信号作为串联支路的输入，得到测量电阻的电压；其中，所述串联支路包括依次连接的等效阻抗、接近传感器、测量电阻；

S4、将所述测量电阻的电压输入带通滤波器，得到第一带通频率下的第一电压分量有效值和第二带通频率下的第二电压分量有效值；

S5、利用所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值分别得到第一带通频率、第二带通频率下的电感阻抗增量；

S6、利用所述电感阻抗增量计算接近传感器的电感值；

S7、当所述电感值位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当所述电感值增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当所述电感值减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

本发明通过滤波分别计算两种频率下的电感电抗值增量，由于频率对电阻无影响，所以电抗值增量仅包含电感值，从而去除了线路电阻对电感测量的影响。本发明的计算过程采用有效值，避免三角函数计算，计算过程简便，实时性高。

本发明中，得到测量电阻的电压后，对所述测量电阻的电压进行如下判断：若所述测量电阻的电压持续时间T超出量程，则判定接近传感器故障。本发明可以及时判断接近传感器是否故障，进一步确保接近传感器解算准确性和实时性。

本发明中，为了进一步滤除线路电阻对电感测量的影响，提高解算准确率，获取电感阻抗增量之前，对所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值进行低通滤波处理。

本发明中，接近传感器的电感值L的计算公式为：

其中，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

本发明中，考虑到温度对测量电阻的影响，引入了温度补偿，采用比例系数的方式对电感计算值进行校准，进一步提高了解算准确性，减少上电等待时间。判断电感值是否位于远离设定值和接近设定值之间之前，还包括：对所述电感值进行校准，校准后的电感值L^*的计算公式为：

其中，R为测量电阻阻值，k为测量电阻的温度系数，T₀为测量电阻阻值为R时的温度，T为环境温度，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

为了进一步确保解算准确性，本发明步骤S7之前，还包括：

获取当前时刻的电感值和上一时刻的电感值，则S7替换为：

当两个电感值均位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当两个电感值均增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当两个电感值均减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，包括：

模拟电压输出模块，用于利用微处理器产生的非正弦信号生成电压激励信号，并将所述电压激励信号输入串联支路，得到测量电阻的电压；其中，所述串联支路包括依次连接的等效阻抗、接近传感器、测量电阻；

信号处理模块，用于将所述测量电阻的电压输入带通滤波器，得到第一带通频率下的第一电压分量有效值和第二带通频率下的第二电压分量有效值；

微处理器，用于执行包括如下过程的操作：获取两种不同频率的正弦信号，将所述两种不同频率的正弦信号叠加合成为非正弦信号，将所述非正弦信号传输至模拟电压输出模块；利用所述信号处理模块输出的第一电压分量有效值和第二电压分量有效值分别得到第一带通频率、第二带通频率下的电感阻抗增量，利用所述电感阻抗增量计算接近传感器的电感值；当所述电感值位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当所述电感值增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当所述电感值减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

本发明的系统结构简单，实时性高，解算准确。

所述微处理器还执行如下操作：判断所述测量电阻的电压是否持续时间T超出量程，若是，则判定接近传感器故障。

所述微处理器还执行如下操作：对所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值进行低通滤波处理。

所述信号处理模块还用于对所述电感值进行校准，校准后的电感值L^*的计算公式为：

其中，R为测量电阻阻值，k为测量电阻的温度系数，T₀为测量电阻阻值为R时的温度，T为环境温度，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用两种不同频率的正弦信号叠加合成非正弦激励源，与传感器、测量电阻构成串联回路，通过采集回路中测量电阻的电压信号，经过带通滤波后得到测量电阻的两组电压分量，从而得到两种频率下的电感阻抗增量，由此计算接近传感器的电感值。由于激励源频率低，回路电缆等效阻抗主要表现为电阻特性，电感阻抗增量主要来自于传感器，同时考虑到温度对测量电阻的影响引入温度补偿，采用比例系数的方式对电感计算值进行校准，所以本发明可以有效消除等效线缆阻抗以及环境温度对测量的影响，并通过连续比较判断当前接近/远离状态，具有结构简单、实时性高、解算准确的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1方法流程图；

图2为本发明实施例1接近传感器解算及故障检测过程示意图；

图3为本发明实施例2结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中2的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。

实施例1

本实施例提供了一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，接近传感器解算单元采用两种不同频率的正弦信号叠加合成非正弦激励源，与传感器、测量电阻构成串联回路，通过采集回路中测量电阻的电压信号，经过带通滤波后得到测量电阻的两组电压分量，从而得到两种频率下的电感阻抗增量，由此计算接近传感器的电感值。由于激励源频率低，回路电缆等效阻抗主要表现为电阻特性，电感阻抗增量主要来自于传感器，同时考虑到温度对测量电阻的影响引入温度补偿，采用比例系数的方式对电感计算值进行校准，所以本实施例方法有效消除了等效线缆阻抗以及环境温度对测量的影响，并通过连续比较判断当前接近/远离状态。

如图1所示，本实施例的具体实现过程包括：

1)上电自检：系统初始化后输出预设的直流电压，此时电感值可忽略，根据串联电阻分压原理，由测量电阻的直流电压快速计算传感器电阻值，若传感器电阻在设计值的范围内则正常，后续进行传感器解算功能。若阻值过大则为传感器通道断路故障，若阻值过小则为传感器通道短路故障，并且输出默认值。

2)通过微处理器将两种不同频率的正弦信号叠加合成非正弦信号输出给模拟电压输出模块。模拟电压输出模块通过模数转换和放大电路生成传感器电压激励。

其中两种频率一般为低频，且差距较大，本实施例中，两种频率关系一般为1:3。

3)通过测量电阻的电压幅值进行周期性故障检测，同时测量当前温度。通过电阻电压是否持续一定时间超量程来判断传感器是否故障。当传感器故障时输出默认判断结果并报故障，如图2所示。

4)对测量电阻的电压信号进行带通滤波分别得到两种频率的电压信号。微处理器计算出测量电阻的两组电压分量有效值RMS1和RMS2，并进行低通数字滤波。

进而计算两种频率下电感阻抗增量，由电感阻抗增量计算电感值L。

5)根据当前温度进行电感值的温度补偿，并对电感值进行校准。

6)读取本次及上一次电感计算值，通过连续两次电感值与接近/远离设定值的比较，只有连续两次的判断结果一致才能将本次判断结果更新到接近传感器的状态输出，否则保持上一次的输出不变。其中接近/远离设定值采用滞回方式。

本实施例中，信号发生采用两种不同频率的正弦信号叠加合成激励信号。正弦信号一般采用1000Hz和3000Hz，两者幅值均为1。模拟电压输出模块接收微处理器模块的激励信号实现电压激励，输出最大电压为±1V。电压激励通过等效阻抗R_X、接近传感器L、测量电阻R的串联电路，在R上产生交流电压。其中测量电阻R一般采用100Ω。信号处理模块具有带通滤波、电压监测和温度测量功能，其中温度测量元件采用PT1000，带通滤波的通带截频分别为1000Hz和3000Hz。信号处理模块将测量电阻上的电压U_R经过带通滤波电路后传给微处理器模块。微处理器模块分别计算两种频率(1000Hz和3000Hz)下测量电阻的两组电压分量有效值，进而得到两种频率下的电感阻抗增量，从而计算接近传感器的电感值L，并测量当前环境温度，采用比例系数的方式对电感计算值进行校准，有效消除了等效线缆阻抗R_X以及环境温度对测量的影响。通过电阻电压是否持续500ms超量程来判断传感器是否故障。当传感器故障时输出默认判断结果并报故障。当传感器正常时，通过上一次的电感值及本次电感值分别与接近/远离设定值进行比较，综合判断当前接近/远离状态，其中接近/远离设定值采用滞回方式。只有连续两次的接近/远离判断结果一致才能将本次判断结果更新到接近传感器的状态输出，否则保持上一次的输出不变，进一步提高了接近传感器位置判断的可靠性。接近传感器解算单元输出方式包括离散量输出和总线输出，方便与其他单元进行信息交互。通讯总线可以采用ARINC429。

本实施例中，电感值计算过程如下：设精密电阻(即测量电阻)为R，电感为L，非正弦激励所包含频率为f₁和3f₁的正弦分量有效值均为U_S0。频率为f₁的正弦分量1作用在R上的电压为U_R1，频率为3f₁的正弦分量2作用在R上的电压为U_R2。则电感L:

本实施例中，电感值校准过程如下：设精密电阻的温度系数为K，精密电阻为R时的温度为T₀。环境实际温度为T。根据测量的实际温度选取对应的K，则校准后的电感值：

本实施例中，滞回方式如下：设电感接近值为5.2mH，远离值为5mH，则当电感值增大到5.2mH，传感器由远离变为接近，当电感值减小到5mH，传感器由接近变为远离。当电感值在5mH——5.2mH之间时，传感器保持上一次状态不变。

实施例2

如图3所示，本发明实施例2提供一种对应上述实施例1的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，包括微处理器模块、模拟电压输出模块、测量电阻、信号处理模块、离散量输出模块和总线通讯模块。其电路原理如图1所示，其中R_X为接近传感器L到解算单元之间线缆的等效阻抗。

微处理器模块具有信号发生功能和信号解算功能。信号发生采用两种不同频率的正弦信号叠加合成非正弦激励信号。信号解算由电感阻抗增量计算接近传感器的电感值，并通过连续比较判断当前接近/远离状态。其中两种频率一般为低频且差距较大，频率关系一般为1:3。

模拟电压输出模块接收微处理器模块的控制信号，通过放大电路按合成的激励信号实现电压激励输出。

信号处理模块具有带通滤波、电压监测和温度测量功能，将测量电阻上的电压信号和环境温度信号处理后传给微处理器模块用于后续计算。其中温度测量元件采用PT1000。

离散量输出模块将微处理器模块解算后的接近/远离状态以离散量的形式传给其他单元。

总线通讯模块将微处理器模块解算后的接近/远离状态以总线的形式传给其他单元。

在地面维护模式下，为便于其他系统调试，通过维护接口可以虚拟接近传感器的接近/远离状态，并发送给其他系统。

在另一些实现中，微处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取两种不同频率的正弦信号，将所述两种不同频率的正弦信号叠加合成为非正弦信号；

S2、利用所述非正弦信号生成电压激励信号；

S3、将所述电压激励信号作为串联支路的输入，得到测量电阻的电压；其中，所述串联支路包括依次连接的等效阻抗、接近传感器、测量电阻；

S4、将所述测量电阻的电压输入带通滤波器，得到第一带通频率下的第一电压分量有效值和第二带通频率下的第二电压分量有效值；

S5、利用所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值分别得到第一带通频率、第二带通频率下的电感阻抗增量；

S6、利用所述电感阻抗增量计算接近传感器的电感值；

S7、当所述电感值位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当所述电感值增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当所述电感值减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

2.根据权利要求1所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，得到测量电阻的电压后，对所述测量电阻的电压进行如下判断：若所述测量电阻的电压持续时间T超出量程，则判定接近传感器故障。

3.根据权利要求1所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，获取电感阻抗增量之前，对所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值进行低通滤波处理。

4.根据权利要求1所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，接近传感器的电感值L的计算公式为：

其中，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

5.根据权利要求1所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，判断电感值是否位于远离设定值和接近设定值之间之前，还包括：对所述电感值进行校准，校准后的电感值L^*的计算公式为：

其中，R为测量电阻阻值，k为测量电阻的温度系数，T₀为测量电阻阻值为R时的温度，T为环境温度，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

6.根据权利要求1所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法，其特征在于，步骤S7之前，还包括：

获取当前时刻的电感值和上一时刻的电感值，则S7替换为：

当两个电感值均位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当两个电感值均增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当两个电感值均减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

7.一种用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，其特征在于，包括：

模拟电压输出模块，用于利用微处理器产生的非正弦信号生成电压激励信号，并将所述电压激励信号输入串联支路，得到测量电阻的电压；其中，所述串联支路包括依次连接的等效阻抗、接近传感器、测量电阻；

信号处理模块，用于将所述测量电阻的电压输入带通滤波器，得到第一带通频率下的第一电压分量有效值和第二带通频率下的第二电压分量有效值；

微处理器，用于执行包括如下过程的操作：获取两种不同频率的正弦信号，将所述两种不同频率的正弦信号叠加合成为非正弦信号，将所述非正弦信号传输至模拟电压输出模块；利用所述信号处理模块输出的第一电压分量有效值和第二电压分量有效值分别得到第一带通频率、第二带通频率下的电感阻抗增量，利用所述电感阻抗增量计算接近传感器的电感值；当所述电感值位于远离设定值和接近设定值之间时，接近传感器保持上一时刻状态不变；当所述电感值增大到接近设定值时，接近传感器由远离状态变为接近状态；当所述电感值减小到远离设定值时，接近传感器由接近状态变为远离状态。

8.根据权利要求7所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，其特征在于，所述微处理器还执行如下操作：判断所述测量电阻的电压是否持续时间T超出量程，若是，则判定接近传感器故障。

9.根据权利要求7所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，其特征在于，所述微处理器还执行如下操作：对所述第一电压分量有效值和第二电压分量有效值进行低通滤波处理。

10.根据权利要求7所述的用于起落架收放系统的接近传感器实时解算系统，其特征在于，所述信号处理模块还用于对所述电感值进行校准，校准后的电感值L^*的计算公式为：

其中，R为测量电阻阻值，k为测量电阻的温度系数，T₀为测量电阻阻值为R时的温度，T为环境温度，f₁为非正弦信号包含的第一正弦分量的频率值，R为测量电阻阻值，U_R1为第一正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，U_R2为非正弦信号包含的第二正弦分量作用在测量电阻上的电压有效值，第二正弦分量的频率为3f₁，U_S0为第一正弦分量或第二正弦分量的有效值。

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