CN203396576U

CN203396576U - 一种发动机低噪声测量系统

Info

Publication number: CN203396576U
Application number: CN201320154274.7U
Authority: CN
Inventors: 刘英元; 刘晓娜; 宋涛; 陈海峰; 张少博
Original assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Current assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2023-03-29

Abstract

本实用新型一种发动机低噪声测量系统，包括依次连接的传感器、前台转接柜、后端转接柜、数据采集系统以及供电电源，传感器的感应端与发动机连接，供电电源给数据采集系统供电，还包括信号调理单元，所述信号调理单元包括依次连接的光耦隔离装置和浮地电路，光耦隔离装置的输入端与后端转接柜连接，浮地电路的输出端与数据采集系统连接；所述数据采集系统放置在机箱内，机箱壳体通过接地线接地。本实用新型解决了现有的发动机测量系统会产生多种干扰和噪声，影响测量结果的技术问题，本实用新型能够有效的抑制和衰减噪声。

Description

一种发动机低噪声测量系统

技术领域

本实用新型属于发动机参数测量领域，具体涉及一种用于发动机地面试验参数测量的低噪声测量系统。

背景技术

发动机试验是发动机研制的重要组成部分和关键环节，发动机试验的主要目的是获得发动机工作的各种参数，客观评价发动机性能，验证发动机方案设计可行性、工作可靠性、生产工艺稳定性。由于评价发动机性能的主要依据是发动机试验中通过测量系统实际测量的大量参数数据，其准确性与可信度要通过测量系统予以保障。发动机参数测量领域，传感器的微弱物理量信号通过转变为微弱的电信号进行放大处理，而这种电信号基本上为直流电压或电流信号。微弱电信号不仅表现为其幅值极其微弱，更表现在其可能被诸如各种静电、磁场、干扰和噪声信号所严重淹没。在现有的发动机地面试验参数测量系统（如图1所示）中由于长线电缆的应用及多种测量设备和仪器相对较为集中放置，测量系统的会产生诸如静电干扰、共模干扰、差模干扰、地电流干扰，当测量系统内部或外部混入其它信号，引入得干扰造成测量噪声，特别是当干扰频率在所测信号频率范围内时，其混入干扰和噪声信号内造成假象，严重地影响测量结果。当干扰和噪声信号较大，使正常的测量工作无法进行。

发明内容

为了解决现有的发动机测量系统会产生多种干扰和噪声，影响测量结果的技术问题，本实用新型提供一种发动机低噪声测量系统，本实用新型所提供的发动机低噪声测量系统能够有效的抑制和衰减噪声。

为了实现上述目的，本实用新型发明采用如下技术方案：

一种发动机低噪声测量系统，包括依次连接的传感器、前台转接柜、后端转接柜、数据采集系统以及供电电源，所述传感器的感应端与发动机连接，所述供电电源给数据采集系统供电，其特殊之处在于：还包括信号调理单元，所述信号调理单元包括依次连接的光耦隔离装置和浮地电路，光耦隔离装置的输入端与后端转接柜连接，所述浮地电路的输出端与数据采集系统连接；所述数据采集系统放置在机箱内，所述机箱壳体通过接地线接地。

还包括隔离变压器，所述隔离变压器连接在供电电源和数据采集系统之间。

上述前台转接柜与后端转接柜之间通过双绞双蔽电缆或同轴电缆连接。

上述接地线为扁状铜条且阻值小于1欧姆。

本实用新型所具有的优点：

1、本实用新型所提供的发动机低噪声测量系统，采用电源输入端加装隔离变压器，传输线缆采用双绞双屏蔽电缆，建立浮地系统实现二次分压，电路光耦隔离及系统单点接地一系列措施，缓变系统噪声由原来的20mV下降到5mV以内，振动系统的噪声由原来的20mV下降到5-7mV，动应变由原来的10μξ降到了5-7μξ，有效地减小了采集系统噪声，同时也解决了实时显示图像干扰问题。

2、本实用新型在原有测量系统中增加隔离变压器，选频滤波用RC或LC滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。

3、本实用新型将前台转接柜与后端转接柜之间通过双绞双蔽电缆连接，能够消除或抑制干扰信号。

4、本实用新型用二次分压建立浮地电路实现双重分压方法，能够消除或抑制大电流信号对模拟信号的干扰。

5、本实用新型采用光耦隔离法，能够消除或抑制地环路干扰。

6、本实用新型将测量系统的各环节统一单点接地，能够消除共模干扰。

附图说明

图1现有的发动机测量系统原理框图；

图2为本实用新型发动机测量系统的原理框图；

图3为本实用新型隔离变压器等效电路示意图；

图4为线圈两端的电压波形图；

图5为双绞双蔽电缆中的电磁感应图；

图6为利用二次分压建立浮地电路的原理图；

图7为两个电路之间的地环路示意图

图8为切断两个电路之间地环路的光耦隔离装置安装示意图；

图9为机箱壳体接地的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示为现有的发动机测量系统，包括依次连接的传感器、前台转接柜、后端转接柜、数据采集系统以及供电电源，传感器的感应端与发动机连接，供电电源给数据采集系统供电。

本实用新型为了克服现有发动机测量系统的不足之势，提供一种发动机低噪声测量系统，具体结构如图2所示。

本实用新型在原有发动机测量系统中增加了信号调理单元，信号调理单元包括依次连接的光耦隔离装置3和浮地电路4，光耦隔离装置的输入端与后端转接柜连接，浮地电路的输出端与数据采集系统连接。

由于接地点之间的电势差，在电路中形成地环路，如图7所示，地环路有时会成为噪声源，即使采用单点接地也不能保证地电位相等，尤其是接地点的电位差较大并且被连接到交流电源的地上时，或当使用低电平模拟电路时也会出现这种情况。光耦隔离装置是消除共模噪声的一种非常有效方法，采用光耦隔离完全断开两个接地点之间的金属路径，可以有效消除或最大限度减少地电位差对电路的影响，如图8所示。共模噪声只能出现在光耦上，而不会出现的电路的输入端。

用浮地电路实现双重分压方法，消除或抑制大电流信号对模拟信号的干扰：发动机测量系统用二次分压建立浮地电路实现双重分压方法。在大电流工作的电路里，我们可采用如图6所示的双重分压方法，将一个电路用于大电流信号的负载返回，而将另一个电路用于更敏感的模拟信号的返回。这样使得大电流信号无法通过地线干扰另外其它更为敏感的模拟信号。

本实用新型还在原有发动机测量系统中还增加了隔离变压器，隔离变压器连接在供电电源和数据采集系统之间。

用隔离变压器隔离，选频滤波用RC或LC滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。

具体措施为在测量系统用电设备供源线路输入端加装隔离变压器。对于开关操作等所产生的瞬态浪涌过电压，常用的保护方法主要是加装隔离变压器。隔离变压器是采用等电位的原理，提前将浪涌电流泄放入地，如图3、图4所示。

当过电压出现时，瞬变电压抑制二极管（TVS）作为速度最快的元件首先动作，开始泄放电流，并将输出电位在其截止电压上，有效地防止了过电压对设备的损害。

本实用新型还将前台转接柜与后端转接柜之间通过双绞双蔽电缆2连接。

电缆处于电磁场中时，电缆上会感应出噪声电压。电磁场在电缆上感应出的电压分为共模和差模两种。共模电压是电磁场在电缆与大地之间的回路产生的，差模电压是电磁场在信号线与信号地线形成的回路中产生的。当电路是非平衡电路时，共模电流会转换成差模电压，对电路形成干扰。由于信号线与信号地线形成的回路面积很小，因此噪声电压仍以共模为主。由于工频电网的存在，工频电压、电流会通过各种途经进入电子测量系统从而对微弱信号的测量带来很大影响，尤其是工频50Hz干扰常导致参数测量零位噪声异常偏大，在采集诸如微弱振动、动应变等信号时，工频噪声超差或淹没信号，导致测量数据无法使用。电源电压的波动会通过分布电容耦合到放大电路的输入、输出端，电源电流波动产生的磁场会在放大测量回路中产生噪声。采用双绞双屏蔽电缆或同轴电缆及用二次分压建立浮地电路实现双重分压方法，消除或抑制大电流信号对模拟信号的干扰。

具体措施为在测量系统的长线传输电缆采用双绞双屏蔽或同轴电缆替代现单屏蔽电缆。双绞线和同轴线在减小磁场干扰方面有很好的效果。双绞线能够有效地抑制磁场干扰，这不仅是因为双绞线的两根线之间具有很小的回路面积，而且因为双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向，因此相互抵销。双绞线的绞节越密，则效果越明显。外层屏蔽层主要是防止高频电磁场的影响，它是采取低电阻金属材料，如铜、铝等作为屏蔽材料，使高频干扰信号在其上产生涡流损失来达到电磁屏蔽作用。屏蔽体愈厚，对频率愈高的干扰电流就有更好的抑制作用。

由于双绞线中导线II、III的电阻、电感均相同，导线III的感应电流iS2与iS1相同，感应电势的极性取决于磁场与线环的关系，从图5可以看出，干扰引起的感应电流在相邻绞线回路的同一根导线上方向相反，从而相互抵消，使干扰得到抑制。利用电缆的屏蔽层作为回流路径，大大减小了感应回路的面积，因此屏蔽效能大幅度提高。

本实用新型还将数据采集系统放置在机箱内，并将机箱壳体接地，如图9所示。

没有两个接地点的点位完全相等，所以电路多点接地点时，地电位差将耦合进入电路造成系统信号干扰，所以测量系统必须保证一点接地。当信号电路单点接地时，低频信号电缆的屏蔽层采用单端接地，如果屏蔽层接地点不止一点，其上就会产生噪声电流。在使用屏蔽双绞线的情况下，屏蔽层上的电流可能将不相等的电压感应耦合到信号电缆上而成为一个噪声源。对于同轴电缆来说，屏蔽层上的电流通过IR电压降在屏蔽层电阻上产生噪声电压。采取一点接地方式有效消除干扰和噪声。

具体措施为测量系统测量设备或装置均采用金属外壳，电路由导线连接在设备金属外壳上。

将电路连接到金属机壳上，且必须采用单点接地，以防止放电电流流过电路。假如机壳上有静电产生，那么机壳上点位上升，因为电路的工作地连接到机壳上，所以电路的点位也跟着机壳电势的增大而增大，这样电路上的各点之间以及电路与机壳之间就不会有电位差，可以有效抑制噪声。

测量系统测量设备或装置均采用单点接地方法：

现有测量系统中的传感器、前台转接柜和后端转接柜等部位多点接地，由于接地点之间的电势差，在电路中形成地环路，对测量系统产生噪声。断开电缆屏蔽线和传感器壳体的连接，断开前台和后端转接柜的接地线，测量系统采用串联或并联连接方式，保证一点接地，采用导电性强，阻值低的扁状铜条作为接地线，接地线阻值小于1欧姆。

采取本实用新型的实施效果：

在发动机地面试验参数测量系统技术改造时，严格按照本实用新型的措施进行测量系统改造。采用电源输入端加装隔离变压器，传输线缆采用同轴或双绞双屏蔽电缆，建立浮地系统实现二次分压，电路光耦隔离及系统单点接地一系列措施，缓变系统噪声下降到5mV以内，振动系统的噪声由原来的20mV下降到5-7mV，动应变由原来的15μξ降到了5-7μξ，有效地减小了采集系统噪声，同时也解决了实时显示图像干扰问题。

Claims

1.一种发动机低噪声测量系统，包括依次连接的传感器、前台转接柜、后端转接柜、数据采集系统以及供电电源，所述传感器的感应端与发动机连接，所述供电电源给数据采集系统供电，其特征在于：还包括信号调理单元，所述信号调理单元包括依次连接的光耦隔离装置和浮地电路，光耦隔离装置的输入端与后端转接柜连接，所述浮地电路的输出端与数据采集系统连接；所述数据采集系统放置在机箱内，所述机箱壳体通过接地线接地。

2.根据权利要求1所述的发动机低噪声测量系统，其特征在于：还包括隔离变压器，所述隔离变压器连接在供电电源和数据采集系统之间。

3.根据权利要求1或2所述的发动机低噪声测量系统，其特征在于：所述前台转接柜与后端转接柜之间通过双绞双蔽电缆或同轴电缆连接。

4.根据权利要求3所述的发动机低噪声测量系统，其特征在于：所述接地线为扁状铜条且阻值小于1欧姆。