CN204575787U - 带有自检测的用于阻性传感器的处理电路 - Google Patents

带有自检测的用于阻性传感器的处理电路 Download PDF

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张树彦
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Abstract

本实用新型提供了一种带有自检测的用于阻性传感器的处理电路，包括：第一支路，该第一支路包括第一电阻和传感器电阻，该第一电阻的第一端耦接至电源电压而第二端经由第一开关耦接至第一外部接线端，该传感器电阻的第一端耦接至接地的第二外部接线端而第二端耦接至该第一外部接线端；第二支路，该第二支路包括串联在该电源电压和接地之间的第二电阻和第三电阻；以及耦接至该第一外部接线端的后端处理电路，用以检测该第一外部接线端处的电压，其中，该第一支路还包括第四电阻，该第四电阻的第一端耦接至该电源电压而第二端耦接至该第一外部接线端。

Description

带有自检测的用于阻性传感器的处理电路
技术领域
本实用新型涉及传感器信号处理领域，尤其涉及一种带有自检测的用于阻性传感器的处理电路。
背景技术
机载传感器信号处理的BIT(自检测，Built-in-Test)是指机载设备不需要外部的专用测试设备，依靠内部专有硬件电路和软件在线实时采集对应的特征工作参数，实现设备自身各器件、子功能模块、外部传感器和执行机构的检测和故障自诊断，根据诊断结果执行故障处理与隔离的一种能力，也就是设备内部提供的自动在线检测和隔离故障的能力。在复杂航空电子系统中使用BIT技术至少可以降低50％的维修时间。BIT技术是复杂装备整体设计、分系统设计、状态监测、故障诊断、维修决策等方面的关键共性技术。
目前对机载设备中阻性传感器信号处理的BIT检测，主要是利用现有的电路，对传感器信号处理的整个处理通路的断线或短路进行故障检测，但是无法判断是机载设备内部的短路/断路还是传感器线缆的短路/断路，这种方法主要存在以下缺点：(1)无法判断是设备内部还是外部的故障，不易于进行故障的隔离与定位；以及(2)产品后期的维护过程复杂，周期和成本增加。
实用新型内容
为了克服上述缺陷，本实用新型旨在提供一种带有自检测的用于阻性传感器的处理电路。
根据本实用新型的一方面，提供了一种带有自检测的用于阻性传感器的处理电路，包括：
第一支路，该第一支路包括第一电阻和传感器电阻，该第一电阻的第一端耦接至电源电压而第二端经由第一开关耦接至第一外部接线端，该传感器电阻的第一端耦接至接地的第二外部接线端而第二端耦接至该第一外部接线端；
第二支路，该第二支路包括串联在该电源电压和接地之间的第二电阻和第三电阻；以及
耦接至该第一外部接线端的后端处理电路，用以检测该第一外部接线端处的电压，
其中，该第一支路还包括第四电阻，该第四电阻的第一端耦接至该电源电压而第二端耦接至该第一外部接线端。
在一实例中，该第一支路还包括第五电阻，该第一开关和该第四电阻的第二端皆经由该第五电阻耦接至该第一外部接线端，且该第五电阻的两端并联有第二开关。
在一实例中，该第二外部接线端通过并联的两根导线来接地。
在一实例中，该第一电阻和该第四电阻的阻值不同。
在一实例中，在该第一外部接线端和该第二外部接线端之间短路以及该第一电阻断路这两种情况下，在该第一外部接线端测得的电压不同。
在一实例中，在该第一外部接线端和该第二外部接线端之间断路以及该第一电阻短路这两种情况下，当该第一开关断开时，在该第一外部接线端测得的电压不同。
在一实例中，在该第一外部接线端和该第二外部接线端之间短路以及该第一电阻和该第五电阻皆断路这两种情况下，当该第一开关和该第二开关皆闭合时，在该第一外部接线端测得的电压不同。
在一实例中，在该第一外部接线端和该第二外部接线端之间断路以及该第一电阻和该第五电阻皆短路这两种情况下，当该第一开关和该第二开关皆断开时，在该第一外部接线端测得的电压不同。
在一实例中，该传感器电阻的第一端和第二端分别经由传输线耦接至该第一外部接线端和该第二外部接线端。
在一实例中，该传感器电阻为用于测量温度的热电阻。
根据本实用新型的处理电路，在设备原有的电路基础上增加了少部分额外的电路元件，即可以利用自身的电路通过采集电压值来更加准确地判断故障类型，例如设备外、设备内、断线故障或是短路故障等等。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。
图1是示出了常规阻性传感器的处理电路的电路图；
图2是示出了根据本实用新型的第一实施例的用于阻性传感器的处理电路的电路图；以及
图3是示出了根据本实用新型的第二实施例的用于阻性传感器的处理电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
图1示出了常规阻性传感器的处理电路。如图所示，目前用于阻性传感器的常规信号处理方案采用桥式电路100。该桥式电路包括两条支路，第一条由第一电阻R1与传感器电阻R0串联而成，第二条支路由第二电阻R2和第三电阻R3串联而成，这两条支路并联在电源电压和电路地之间。后端处理电路的两个输入端分别耦接至端点d和j，通过测量这两点处的电压并分析测得的电压来获得感测信息。
电路100中除传感器电阻R0之外的其他电路部分皆位于机载设备内部，而传感器电阻R0暴露于待测环境用于感测外部目标信息。例如传感器电阻R0可以是热电阻，R0的阻值随待测环境的温度变化而变化，从而使得后端处理电路测得的电压也发生变化，根据此变化可以获得温度信息。因此，端点d和g可分别被称为第一外部接线端和第二外部接线端。传感器电阻R0可通过传输线耦接至第一外部接线端d和第二外部接线端g。
此电路100在故障检测方面存在不足。例如，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生短路故障例如R0被短路(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生断路故障例如第一电阻R1断路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为零电压，无法通过采集电压判断故障点。另外，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生断路故障例如R0断路或传输线断线(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生短路故障例如第一电阻R1被短路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为电源电压，无法通过采集电压判断故障点。
图2示出了根据本实用新型的第一实施例的用于阻性传感器的处理电路200。如图2所示，该处理电路200的整体架构与上述常规处理电路100大体相同。例如总体而言，处理电路200可包括两条支路，第一支路可包括第一电阻R1和传感器电阻R0。第一电阻R1的第一端b耦接至电源电压，第二端c耦接至第一外部接线端d。传感器电阻R0的第一端f通过fg段传输线耦接至第二外部接线端g，后者通过gn段导线接地，而R0的第二端e通过ed段传输线耦接至第一外部接线端d。第二支路可包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，这两者串联在电源电压和电路地之间。后端处理电路的两个输入端耦接至第一外部接线端d和第二电阻R2与第三电阻R3之间的端点j。
类似地，图2中左边虚线框中的部分可称为设备外部分，右边虚线框内的部分可称为设备内部分。另外，后端处理电路一般可包括放大器电路、A/D转换电路、CPU电路等等。
特别地，在该实施例中，为第一电阻R1并联了一个第四电阻R4，该第四电阻R4的第一端v耦接至电源电压，第二端u耦接至第一外部接线端d。另外，在第一电阻R1与第一外部接线端d之间接入了第一开关K1，即第一电阻R1的第二端c经由第一开关K1耦接至第一外部接线端d。
为了不影响处理电路200的正常传感器信号处理功能，可以使第一电阻R1和第四电阻R4的并联电阻等于上述处理电路100中的R1的阻值，但是较优地，可以使第一电阻R1和第四电阻R4的阻值不同。在正常工作状态下，第一开关K1保持闭合。此时，处理电路200可以起到正常的传感器信号处理功能。在此设计下，第一电阻R1与第四电阻R4具有自己单独的电流通路，同时发生断线或短路的故障概率极低。
在图1所示的传统传感器处理电路中，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生短路故障例如R0被短路(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生断路故障例如第一电阻R1断路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为零电压，无法通过采集电压判断故障点。
但是在如图2所示的实施例中，若是第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生短路故障，则第一外部接线端d处的电压在后端处理电路的输入端s处被检测为Vs＝0；而若是设备的ad段发生断路故障，由于还有通过第四电阻R4的xd段的存在，因此，通过第一外部接线端d处的电压的不同可以很容易地区分设备内还是设备外故障。
而且，在图1所示的传统传感器处理电路中，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生断路故障例如R0断路或传输线断线(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生短路故障例如第一电阻R1被短路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为电源电压，无法通过采集电压判断故障点。
但是在如图2所示的实施例中，可断开第一开关K1，若是在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生断路故障，此时d点的电位仍为电源电压；而若是设备的ad段发生短路故障，由于还有通过第四电阻R4的xp段线路存在，在断开第一开关K1的情况下，因此，通过第一外部接线端d处的电压的不同可以很容易地区分设备内还是设备外故障。
另外，还有一种情况可能导致d点的电位为电源电压，即设备内的gn段线路断线，尽管此情形较为少见。但是为了防止这种情况，还可以在第二外部接线端g与电路地n之间增设一条并联的导线yz，这段导线yz几乎不会影响gn段原有的电特性，但是gn段与yz段同时发生故障的概率极低，几乎可以排除这种情况。因此，在d点的电位为电源电压时，完全可以通过第一电阻K1的断开来判断故障类型。
为了不影响电路的原始电特性，图2的实施例中的R1的电阻值与图1中的R1的电阻值不同，以使得图2中电阻R1和R4的并联电阻等于图1中的R1电阻。如果不希望改变电阻R1的大小，而只是在现有的处理电路基础上作改动，则可以采用本实用新型的第二实施例的方案。
图3示出了根据本实用新型的第二实施例的用于阻性传感器的处理电路300。如图3所示，该处理电路300的整体架构与上述处理电路200大体相同。例如总体而言，处理电路300可包括两条支路，第一支路可包括第一电阻R1、第四电阻R4和传感器电阻R0。第一电阻R1的第一端b和第四电阻R4的第一端v耦接至电源电压，第一电阻R1的第二端c耦接至第一开关K1。传感器电阻R0的第一端f通过fg段传输线耦接至第二外部接线端g，后者通过gn段导线接地，而R0的第二端e通过ed段传输线耦接至第一外部接线端d。第二支路可包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，这两者串联在电源电压和电路地之间。后端处理电路的两个输入端耦接至第一外部接线端d和第二电阻R2与第三电阻R3之间的端点j。
类似地，图3中左边虚线框中的部分可称为设备外部分，右边虚线框内的部分可称为设备内部分。另外，后端处理电路一般可包括放大器电路、A/D转换电路、CPU电路等等。
特别地，在该实施例中，为第一电阻R1和第四电阻R4这两者的并联单元串联了一个第五电阻R5，第一开关K1和第四电阻R4的第二端u经由该第五电阻R5耦接至第一外部接线端d。另外，在第五电阻R5的两端并联了第二开关K2。
为了不影响处理电路300的正常传感器信号处理功能且相比于图1的处理电路不改变电阻R1，可以使第一电阻R1、第四电阻R4以及第五电阻R5整体的电阻等于上述处理电路100中的R1的阻值，但是较优地，可以使第一电阻R1和第四电阻R4的阻值不同。在正常工作状态下，第一开关K1保持闭合，第二开关K2保持断开。此时，处理电路300可以起到正常的传感器信号处理功能。在此设计下，这三个电阻具有自己单独的电流通路，同时发生断线或短路的故障概率极低。
在图1所示的传统传感器处理电路中，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生短路故障例如R0被短路(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生断路故障例如第一电阻R1断路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为零电压，无法通过采集电压判断故障点。
但是在如图3所示的实施例中，在此情形中可闭合第二开关K2，若是第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生短路故障，则第一外部接线端d处的电压在后端处理电路的输入端s处仍被检测为Vs＝0；而若是设备的ad段发生断路故障即第一电阻R1和第五电阻R5同时发生断路故障，由于通过第四电阻R4和第二开关K2的xd段的存在，则因此，通过第一外部接线端d处的电压的不同可以很容易地区分设备内还是设备外故障。
而且，在图1所示的传统传感器处理电路中，在第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生断路故障例如R0断路或传输线断线(可称之为设备外故障)时、与在设备的ad段发生短路故障例如第一电阻R1和第五电阻R5均被短路(可称之为设备内故障)时出现的故障现象一致，即d点的电位均为电源电压，无法通过采集电压判断故障点。
但是在如图3所示的实施例中，在此情形中可断开第一开关K1，若是第一外部接线端d与第二外部接线端g之间发生断路故障，则第一外部接线端d处的电压在后端处理电路的输入端s处仍被检测为电源电压；而若是设备的ad段发生短路故障，由于通过第四电阻R4的xp段的存在，则第一外部接线端d处的电压在后端处理电路的输入端s处仍被检测为因此，通过第一外部接线端d处的电压的不同可以很容易地区分设备内还是设备外故障。
另外，还有一种情况可能导致d点的电位为电源电压，即设备内的gn段线路断线，尽管此情形较为少见。但是为了防止这种情况，还可以在第二外部接线端g与电路地n之间增设一条并联的导线yz，这段导线yz几乎不会影响gn段原有的电特性，但是gn段与yz段同时发生故障的概率极低，几乎可以排除这种情况。因此，在d点的电位为电源电压时，完全可以通过第一电阻K1和K2的通断来判断故障类型。
根据本实用新型的处理电路，在设备原有的电路基础上增加了少部分额外的电路元件，即可以利用自身的电路通过采集电压值来更加准确地判断故障类型，例如设备外、设备内、断线故障或是短路故障等等。
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本实用新型的保护范围应当以所附权利要求为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本实用新型的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有自检测的用于阻性传感器的处理电路，其特征在于，包括：
第一支路，所述第一支路包括第一电阻和传感器电阻，所述第一电阻的第一端耦接至电源电压而第二端经由第一开关耦接至第一外部接线端，所述传感器电阻的第一端耦接至接地的第二外部接线端而第二端耦接至所述第一外部接线端；
第二支路，所述第二支路包括串联在所述电源电压和接地之间的第二电阻和第三电阻；以及
耦接至所述第一外部接线端的后端处理电路，用以检测所述第一外部接线端处的电压，
其中，所述第一支路还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端耦接至所述电源电压而第二端耦接至所述第一外部接线端。
2.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，所述第一支路还包括第五电阻，所述第一开关和所述第四电阻的第二端皆经由所述第五电阻耦接至所述第一外部接线端，且所述第五电阻的两端并联有第二开关。
3.如权利要求1或2所述的处理电路，其特征在于，所述第二外部接线端通过并联的两根导线来接地。
4.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第四电阻的阻值不同。
5.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，在所述第一外部接线端和所述第二外部接线端之间短路以及所述第一电阻断路这两种情况下，在所述第一外部接线端测得的电压不同。
6.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，在所述第一外部接线端和所述第二外部接线端之间断路以及所述第一电阻短路这两种情况下，当所述第一开关断开时，在所述第一外部接线端测得的电压不同。
7.如权利要求2所述的处理电路，其特征在于，在所述第一外部接线端和所述第二外部接线端之间短路以及所述第一电阻和所述第五电阻皆断路这两种情况下，当所述第一开关和所述第二开关皆闭合时，在所述第一外部接线端测得的电压不同。
8.如权利要求2所述的处理电路，其特征在于，在所述第一外部接线端和所述第二外部接线端之间断路以及所述第一电阻和所述第五电阻皆短路这两种情况下，当所述第一开关和所述第二开关皆断开时，在所述第一外部接线端测得的电压不同。
9.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，所述传感器电阻的第一端和第二端分别经由传输线耦接至所述第一外部接线端和所述第二外部接线端。
10.如权利要求1所述的处理电路，其特征在于，所述传感器电阻为用于测量温度的热电阻。
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