CN202928736U

CN202928736U - 一种高精度数字压力测量装置

Info

Publication number: CN202928736U
Application number: CN 201220598857
Authority: CN
Inventors: 陈洪敏; 张光中; 李仙丽; 饶晓辉
Original assignee: China Gas Turbine Research Institute
Current assignee: AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-14

Abstract

本实用新型属于压力测量领域，涉及到一种高精度数字压力测量装置，由电源模块[1]、阀体模块[2]，第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]以及数据采集模块[5]四部分组成。其中，所述第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]安装在阀体模块[2]内部，第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]分别采用16芯排线连接在数据采集模块[5]上；电源模块[1]采用5芯排线连接在数据采集模块[5]上。本实用新型可以实现单模块测量或多模块同时测量，实现自动温度补偿，具有高精度测试能力，能够达到每通道100Hz并且具有硬件同步触发功能，可以实现多模块同时采集。

Description

一种高精度数字压力测量装置

技术领域

本实用新型属于压力测量领域，涉及到一种高精度数字压力测量装置。

背景技术

数字压力测量装置是上世纪八十年代末发展起来的测压新技术，它将现代电子技术、传感器技术和在线校准技术结合起来，用于压力测量，使得压力测量技术提高到一个新的水平。同传统的机械式压力测量系统相比较，由于其测量精度高，通道多，扫描速度快、能耗低以及智能化等特点，数字压力测量模块已经取代机械式压力测量成为目前主流测压趋势，在国内外都有广泛的应用。其主要用于飞行器的在线测试、风洞测试、飞行测试、发动机测试等有关气体流动参数的压力测试，我国每年都要引进上千个通道的数字压力测量模块，用于航空、航天等领域的试验测试。数字压力测量技术，在我国航空航天科研工作发挥了重要的作用。

美国在机械式压力测量模块的基础上研制了数字压力测量模块，产品得到了迅速发展和推广应用，目前国际上数字扫描压力测量技术市场基本上被两家美国公司（PSI公司和Scanivalve）所垄断，一套进口设备动辄几十到几百万元不等，成本颇高，且面临维修服务难保证的问题。在多年的使用过程中，发现一些亟需解决的技术问题，如：网络连接及传输失败，数据同步问题等。但国内目前又没有成熟的产品，虽然一些科研院所对电子压力扫描测量技术开展了大量的研究工作，如西北工业大学也曾经开发过DSY128电子压力测量系统，但由于测量稳定性较差，精度相对较低，通讯落后，难以满足科研要求，不能形成市场竞争力。

发明内容

本实用新型的目的是：为了解决现有技术的测量稳定性差、精度相对较低、系统繁琐、通讯落后等问题，本实用新型提供了一种精度较高，稳定性好、通讯先进的高精度数字压力测量装置。

本实用新型的技术方案是：一种高精度数字压力测量装置，由电源模块1、阀体模块2，第一传感器模块3、第二传感器模块4以及数据采集模块5四部分组成，其中，所述第一传感器模块3、第二传感器模块4安装在阀体模块2内部，第一传感器模块3、第二传感器模块4分别采用16芯排线连接在数据采集模块5上；电源模块1采用5芯排线连接在数据采集模块5上。

所述的阀体模块2提供压力信号通道，并将压力信号提供给第一传感器模块3、第二传感器模块4；

第一传感器模块3、第二传感器模块4均含有8个压力传感器31；第一传感器模块3、第二传感器模块4均包括两个OP400芯片提供激励电流；第一传感器模块3、第二传感器模块4均包括两个MAX307芯片，其中一个MAX307芯片用于压力通道选择，MAX307芯片连接到一个AD620芯片用于差分输出及信号放大，另一个MAX307芯片用于温度通道选择，MAX307芯片连接到另一个AD620芯片用于1：1差分输出；

数据采集模块5包括多路复用开关51、信号调理模块52、A/D转化模块53、内部总线54、EM9160处理器55及逻辑选择器56；EM9160处理器55含有网络适配器551，采用以太网通信协议实现网络通信；第一传感器模块3、第二传感器模块4转化后的电压信号通过多路复用开关51进行温度、压力信号选择，进入信号调理模块52进行信号调理，调理后的信号进入A/D转化模块53转化为数字信号，A/D转化模块53通过内部总线SPI总线与EM9160处理器相连。

优选地，还包括一个外部硬件同步触发接口57连接到EM9160处理器55的外部中断控制端。

优选地，所述多路复用开关51为MAX308芯片。

优选地，所述逻辑选择器56为可编程逻辑选择芯片GAL168D，输入端连接于EM9160处理器55的I/O口，输出端连接到MAX308芯片及两个MAX307芯片的控制端。

优选地，所述电源模块由两个DC/DC开关电源组成，采用24V直流供电，分别提供模拟电源输出±15V和数字电源输出5V。

优选地，第一传感器模块3、第二传感器模块4采用机械配合固定于阀体模块2内部，两者之间的密封采用密封圈密封。

优选地，所述压力传感器31包括有一个温度补偿电阻310。

本实用新型的优点是：本实用新型可以实现单模块测量或多模块同时测量，实现自动温度补偿，具有高精度测试能力，满量程误差小于±0.05%，能够达到每通道100Hz并且具有硬件同步触发功能，可以实现多模块同时采集。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为传感器模块原理框图；

图3为压力传感器示意图。

其中，1-电源模块，2-阀体模块，3-第一传感器模块、4-第二传感器模块、31-压力传感器，310-温度补偿电阻，5-数据采集模块，51-多路复用开关、52-信号调理模块、53-A/D转化模块、54-内部总线、55-EM9160处理器，551-网络适配器、56-逻辑选择器、57-外部硬件同步触发接口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，请参阅图1至图3。

如图1所示，一种高精度数字压力测量装置，为了提高装置硬件的可以移植性和性价比，装置采用模块化设计，由电源模块1、阀体模块2，第一传感器模块3、第二传感器模块4以及数据采集模块5四部分组成。其中，所述第一传感器模块3、第二传感器模块4安装在阀体模块2内部，第一传感器模块3、第二传感器模块4和数据采集模块5分别设计有双排16针插针，采用16芯排线连接；电源模块1设计有插针单排5针插针采用5芯排线连接在数据采集模块5插针上。

所述的阀体模块2提供压力信号通道，并将压力信号提供给第一传感器模块3、第二传感器模块4。

如图2所示，第一传感器模块3、第二传感器模块4均含有8个压力传感器31；第一传感器模块3、第二传感器模块4均包括两个OP400芯片提供激励电流；第一传感器模块3、第二传感器模块4均包括两个MAX307芯片，其中一个MAX307芯片用于压力通道选择，MAX307芯片连接到一个AD620芯片用于差分输出及信号放大，另一个MAX307芯片用于温度通道选择，MAX307芯片连接到另一个AD620芯片用于差分输出；

第一传感器模块3、第二传感器模块4将外部压力、温度信号经过信号调理在压力传感器31上产生随压力变化的电压信号或随温度变化的电压信号，MAX307芯片进行压力温度选择后，电压、温度信号经过高精度仪表放大器传送给数据采集模块5。

其中，第一传感器模块3、第二传感器模块4集成了8个压力传感器31，用于采集8路压力信号和8路温度信号，采集时每次只能采集一路信号，因此需要信号切换。由于本系统对传输信号的变化速度有较高要求，对信号的切换速度要求较高，故在，第一传感器模块3、第二传感器模块4上采用2块高精度、16通道/双8通道、高性能、CMOS模拟多路复用器MAX307，实现8路电压或温度信号的快速切换功能。

另外，由于压力传感器31处理出来的压力信号比较小，只有几个mV或几十个mV,就需要放大，设计采用高精度仪表放大器AD620，将压力信号放大100倍。

如图1所示，数据采集模块5包括多路复用开关51、信号调理模块52、A/D转化模块53、内部总线54、EM9160处理器55及逻辑选择器56；EM9160处理器55含有网络适配器551，采用以太网通信协议实现网络通信；第一传感器模块3、第二传感器模块4转化后的电压信号通过多路复用开关51进行选择，进入信号调理模块52进行信号调理，调理后的信号进入A/D转化模块53转化为数字信号，A/D转化模块53通过内部总线SPI总线与EM9160处理器相连。

EM9160处理器发送采集指令利用逻辑选择器，完成地址译码和通道选择，实现指定通道指定压力或温度采集。第一传感器模块3将经过高精度仪表放大器放大电压、温度信号送到多路开关MAX308上，多路开关MAX308进行压力温度选择后，进行信号调理，再进入A/D转换模块53，转换后的信号送入EM9160处理器处理。同时EM9160处理器监听上位机命令完成与上位机的通信。

数据采集模块5设计采用内核为ARM9的EM9160模块，EM9160模块内部集成网络适配器551，以满足传输速度的要求。网络适配器551的核心是一个以太网通信芯片，提供TCP/IP协议支持。

本系统采用GAL16V8芯片来实现地址译码，完成通道选择、功能选择（压力输出、温度输出）。GAL16V8是一种可编程逻辑器件，用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用硬件描述语言生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在线系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。本系统选用GAL16V8具有高阻抗、电可擦等特点，允许器件重新编程，通用的架构提供了最大的设计灵活性。

优选地，本系统A/D采集模块53采用MAXIM公司生产的MAX1132芯片，将模拟信号转换为数字信号。

为提高同步精度，保证多个本压力测量装置的输出数据在时间点上基本一致，可采用硬件同步设计。此设计在压力测量装置设置一个外部步触发接口57，再在各个压力测量装置间设计一条同步触发总线，通过一条同步电缆连接不同压力测量装置的同步接口，各装置不断检测总线上的信号，当同步信号来临时同时开始采集。由于外部同步触发接口不受通讯网络速度、结构以及负载的影响，可以大大提高同步精度。各装置接收到同步信号的时间差仅取决于同步总线电缆的长度。且增加或减少网络上压力测量装置的数量，不会对外部硬件同步触发精度产生影响。

同步总线上的同步信号可以有上位机（客户机）之间给出，也可以由压力测量装置中的主模块给出。

优选地，所述多路复用开关51为MAX308芯片。

优选地，所述电源模块由两个DC/DC开关电源组成，采用24V直流供电，分别提供模拟电源输出±15V和数字电源输出5V。数字电源和模拟电源之间相互隔离。

优选地，第一传感器模块3、第二传感器模块4采用机械配合固定于阀体模块2内部，两者之间的密封采用端面密封。

优选地，所述压力传感器31包括有一个温度补偿电阻310（如图3所示）。

Claims

1.一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，由电源模块[1]、阀体模块[2]，第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]以及数据采集模块[5]四部分组成，其中，所述第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]安装在阀体模块[2]内部，传感器模块[3]、[4]分别采用16芯排线连接在数据采集模块[5]上；电源模块[1]采用5芯排线连接在数据采集模块[5]上；

所述的阀体模块[2]提供压力信号通道，并将压力信号提供给第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]；

第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]均含有8个压力传感器[31]；第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]均包括两个OP400芯片提供激励电流；第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]均包括两个MAX307芯片，其中一个MAX307芯片用于压力通道选择，MAX307芯片连接到一个AD620芯片用于差分输出及信号放大，另一个MAX307芯片用于温度通道选择，MAX307芯片连接到另一个AD620芯片用于差分输出；

数据采集模块[5]包括多路复用开关[51]、信号调理模块[52]、A/D转化模块[53]、内部总线[54]、EM9160处理器[55]及逻辑选择器[56]；EM9160处理器[55]含有网络适配器[551]，采用以太网通信协议实现网络通信；第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]转化后的电压信号通过多路复用开关[51]进行温度、压力信号选择，进入信号调理模块[52]进行信号调理，调理后的信号进入A/D转化模块[53]转化为数字信号，A/D转化模块[53]通过内部总线SPI总线与EM9160处理器相连。

2.根据权利要求1所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，还包括一个外部硬件同步触发接口[57]连接到EM9160处理器[55]的外部中断控制端。

3.根据权利要求2所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，所述多路复用开关[51]为MAX308芯片。

4.根据权利要求3所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，所述逻辑选择器[56]为可编程逻辑选择芯片GAL168D，输入端连接于EM9160处理器[55]的I/O口，输出端连接到MAX308芯片及两个MAX307芯片的控制端。

5.根据权利要求4所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，所述电源模块[1]由两个DC/DC开关电源组成，采用24V直流供电，分别提供模拟电源输出±15V和数字电源输出5V。

6.根据权利要求5所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，第一传感器模块[3]、第二传感器模块[4]采用机械配合固定于阀体模块[2]内部，两者之间的密封采用密封圈密封。

7.根据权利要求6所述的一种高精度数字压力测量装置，其特征在于，所述压力传感器[31]包括有一个温度补偿电阻[310]。