JP2002031559A - 燃料計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料の残量について測定精度が高く保守が容
易で信頼性の高い測定を行うことが出来る燃料計測シス
テムを提供する。 【解決手段】 正弦波電圧発生部６は、基準正弦波電圧
１０１をタンクユニット１の測定キャパシタＣｔ及びマ
ルチプレクサ３に入力する。チャージアンプ２は、測定
キャパシタＣｔからの入力信号を交流電圧１０２に変換
し、マルチプレクサ３に入力する。マルチプレクサ３
は、ＣＰＵ５からの指示に従って、基準正弦波電圧１０
１又は交流電圧１０２の何れか一方を選択し、ＡＤ変換
部４に入力する。信号発生部８は、ＣＰＵ５からＡＤ要
求信号１０４を受信すると、ＡＤ開始信号１０５をＡＤ
変換部４に入力する。ＡＤ変換部４は、ＡＤ開始信号１
０５に同期して、ＡＤ変換処理を開始する。ＣＰＵ５
は、基準正弦波電圧１０１及び交流電圧１０２の最大値
を夫々測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料計測システム
に関し、より詳細には、信頼性の高い燃料計測システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料計測システムは、航空機用の燃料の
残量を計測する計測器として採用され、航空機燃料の重
量を計測することで、その残量を表示する。大型の航空
機は、多くの燃料タンクが数箇所に分けて配置され、１
つの燃料タンク毎に複数の燃料センサが装備され、安全
性の高い設計がされている。航空機の信頼性向上のた
め、燃料計測システムには、測定誤差が少なく、保守が
容易で信頼性の高いシステムが要求されている。各燃料
タンクに挿入される燃料センサを成すタンクユニット
は、燃料が相互間に進入自在となるように配置された２
つの金属円筒を有しており、この円筒間の静電容量を測
定することにより、燃料の残量が測定できる。

【０００３】図９は、従来の燃料計測システムの機能を
示すブロック図である。正弦波電圧発生部６は、クロッ
ク発生部７からの基準クロック１０３に同期して、基準
正弦波電圧１０１を、燃料センサを成すタンクユニット
１を経由してチャージアンプ２、及び、平均化部１４に
入力する。チャージアンプ２は、測定キャパシタＣｔの
値に応じて交流電圧１０２を平均化部１３に入力する。
平均化部１３及び１４は、基準正弦波電圧１０１及び交
流電圧１０２を直流に夫々変換し、マルチプレクサ３に
入力する。マルチプレクサ３は、ＣＰＵ５からの指示に
従って、変換された直流信号の何れか１つを選択し、Ａ
Ｄ変換部４に入力する。ＡＤ変換部４は、選択された直
流信号を数値化し、ＣＰＵ５に入力する。ＣＰＵ５は、
数値化されたデータを読み出し、燃料の重量を計算し
て、表示器にデジタル表示する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チャージアンプ２で
は、オペアンプＯＰのオフセット電圧やバイアス電流等
の温度ドリフトのため、或いは、雑音の侵入により、交
流電圧１０２に変動分が生じ、この変動分が測定誤差に
なる。平均化部１３は、所定の期間内で交流電圧１０２
を平均化し、直流信号に変換するので、所定の期間内の
変動分が蓄積され、前記測定誤差の影響を大きく受ける
という問題がある。

【０００５】また、従来の燃料計測システムは、燃料タ
ンク毎に、タンクユニット１、チャージアンプ２、及
び、平均化部１３が必要となるので、特に大型航空機の
場合には、部品点数が多くなる。

【０００６】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、燃料
の残量について測定精度が高く保守が容易で信頼性の高
い測定を行うことが出来る燃料計測システムを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の燃料計測システムは、燃料の残量によって
静電容量が変化する測定キャパシタと、基準正弦波電圧
を発生し該基準正弦波電圧を前記測定キャパシタの一端
に印加する正弦波電圧発生手段と、前記測定キャパシタ
の他端に入力が接続されて前記測定キャパシタの静電容
量に比例する交流電圧を発生するチャージアンプと、前
記チャージアンプの出力と前記正弦波電圧発生手段の出
力と周期的に選択する選択手段と、前記交流電圧の最大
値と前記基準正弦波電圧の最大値とに基づいて、前記測
定キャパシタの静電容量を算出する演算手段とを備える
ことを特徴とする。

【０００８】本発明の燃料計測システムは、交流電圧及
び基準正弦波電圧の最大値を計測し、双方の計測値から
燃料を測定することにより、所定の期間内の交流電圧を
平均化し直流電圧に変換する処理がないため、交流電圧
の変動を蓄積することがなく、測定誤差の影響を受け難
い。

【０００９】本発明の燃料計測システムでは、静電容量
が既知の基準キャパシタと、前記測定キャパシタに代え
て該基準キャパシタを燃料計測システムに接続する切換
えスイッチとを更に備え、前記基準キャパシタの静電容
量を測定することにより前記測定キャパシタの故障を診
断することが好ましい。この場合、測定キャパシタに対
する故障の診断結果が直ぐに分かるので、その交換等の
保守作業が容易になり、信頼性の高い計測機能を維持で
きる。

【００１０】前記チャージアンプの出力信号に直流バイ
アスを加えて加算信号を生成する加算回路と、前記加算
信号を平均化する第１の平均化回路と、前記加算信号の
直流成分を阻止した後に該加算信号を平均化する第２の
平均化回路とを更に備え、前記第１の平均化回路の出力
と前記第２の平均化回路の出力とを比較し、前記チャー
ジアンプの故障を診断することも本発明の好ましい態様
である。この場合、チャージアンプに対する故障の診断
結果も直ぐに分かるので、故障位置の特定が容易であ
り、更に保守作業が容易になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例に基づ
いて、本発明の燃料計測システムについて図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の燃料計
測システムのブロック図である。本実施形態例の燃料計
測システムは、タンクユニット１と、チャージアンプ
２、マルチプレクサ（選択手段）３、ＡＤ変換部４、Ｃ
ＰＵ（演算手段）５、正弦波電圧発生部６、クロック発
生部７、及び、信号発生部８を含むシグナル・コンディ
ショナとで構成される。

【００１２】図２は、図１のタンクユニット１の一例を
示す構造図である。燃料タンク２１の内部には、燃料２
２が収容される。測定キャパシタを構成するタンクユニ
ット１は、燃料２２の液面レベルが測定し易いように、
燃料タンク２１内の所定の位置に配置され、機体配線２
５を介して燃料タンク２１外にあるチャージアンプ２の
入力に接続される。タンクユニット１は、金属製の同心
円状の２つの筒である外筒２３及び内筒２４で構成さ
れ、外筒２３及び内筒２４が測定キャパシタＣｔの電極
を構成する。

【００１３】空気の比誘電率に比して燃料２２の比誘電
率が２倍程度大きいので、測定キャパシタＣｔの値は、
燃料２２の液面レベルの移動に伴って変化する。燃料計
測システムは、測定キャパシタＣｔの静電容量と燃料２
２の液面レベルとの関係を予め認識しており、測定キャ
パシタＣｔの静電容量から燃料２２の重量が計算でき
る。

【００１４】図１に示すように、チャージアンプ２は、
オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、キャパシタＣ１、及
び、Ｃ２で構成される。オペアンプＯＰの反転入力は、
測定キャパシタＣｔの一端、抵抗Ｒ２の一端、及び、キ
ャパシタＣ１の一端に接続される。オペアンプＯＰの出
力は、抵抗Ｒ１の一端、キャパシタＣ１の他端、及び、
マルチプレクサ３のＡ１入力端に接続される。キャパシ
タＣ２の一端は、抵抗Ｒ１の他端、及び、抵抗Ｒ２の他
端に接続される。キャパシタＣ２の他端、及び、オペア
ンプＯＰの非反転入力は、グランドに接続される。

【００１５】図３は、燃料計測システムが取り扱う信号
のタイミングチャートである。クロック発生部７は、周
波数１．５ＭＨｚの基準クロック１０３を発生し、正弦
波電圧発生部６及び信号発生部８に入力する。正弦波電
圧発生部６及び信号発生部８は、基準クロック１０３を
１２８分周し周波数１１．７１９ｋＨｚの第１分周信号
を発生し、基準クロック１０３を２５６分周し周波数
５．８５９ｋＨｚの第２分周信号を発生して、内部の信
号処理に利用する。正弦波電圧発生部６は、第２分周信
号を正弦波に変換し基準正弦波電圧１０１として、測定
キャパシタＣｔの他端に入力する。また、その基準正弦
波電圧１０１をマルチプレクサ３のＡ２入力端に入力す
る。基準正弦波電圧１０１は、第２分周信号に比して、
１８０度の位相差がある。

【００１６】チャージアンプ２は、測定キャパシタＣｔ
の一端から入力する入力信号を変換し交流電圧１０２と
して、マルチプレクサ３のＡ１入力端に入力する。マル
チプレクサ３は、ＣＰＵ５の指示に従って、Ａ１入力端
又はＡ２入力端からの信号の何れか１つを選択し、Ｂ出
力端からＡＤ変換部４に入力する。

【００１７】信号発生部８は、第２分周信号のＨレベル
の期間内で、且つ、第１分周信号の立下りの時刻Ｔ１及
びＴ２に、基準クロック１０３から１パルスを抽出し
て、内部同期パルスを発生する。ＣＰＵは、交流電圧１
０２の最大値Ｖｔを測定するため、任意の時刻Ｔｘに、
Ｈレベルの１パルスから成るＡＤ要求信号１０４を信号
発生部８に入力する。信号発生部８は、ＡＤ要求信号１
０４の立上りで内部のラッチ回路がラッチし、Ｈレベル
の内部ラッチ信号を発生する。信号発生部８は、内部同
期パルスと内部ラッチ信号とを論理積演算し、Ｈレベル
の１パルスから成るＡＤ開始信号１０５を発生し、ＡＤ
変換部４に入力する。内部のラッチ回路は、ＡＤ開始信
号１０５の立下りで、ラッチ状態をリセットする。

【００１８】ＡＤ変換部４は、交流電圧１０２の周波数
に対してＡＤ変換処理が十分速く、ＡＤ開始信号１０５
の立上りで、交流電圧１０２の最大値Ｖｔを数値化し、
最大値Ｖｔの値をＡＤバッファに格納する。ＡＤ変換部
４は、交流電圧１０２の最大値Ｖｔに対するＡＤ変換処
理が終了すると、ＣＰＵ５に通知する。ＣＰＵ５は、Ａ
Ｄ変換部４から通知があると、ＡＤバッファから最大値
Ｖｔの値を読み出す。

【００１９】基準正弦波電圧１０１は、交流電圧１０２
に比して１８０度の位相差を有する。先の内部同期パル
スに比して９０度の位相差を有する別の内部同期パルス
を採用することにより、ＣＰＵ５は、上記と同様にし
て、基準正弦波電圧１０１の最大値Ｖｓの値を読み出
す。

【００２０】また、基準正弦波電圧１０１及び交流電圧
１０２には、Ｃｔ＝Ｃ１×Ｖｔ／Ｖｓの関係式が成り立
つ。ＣＰＵ５は、この関係式を用いてＣｔの値を求め、
燃料の重量を計算し、外部にある表示器に値を表示す
る。

【００２１】上記実施形態例によれば、交流電圧及び基
準正弦波電圧の最大値を計測し、双方の計測値から燃料
を測定することにより、所定の期間内の交流電圧を平均
化し直流電圧に変換する処理がないため、交流電圧の変
動を蓄積することがなく、測定誤差の影響を受け難い。

【００２２】図４は、本発明の第２実施形態例の燃料計
測システムのブロック図である。本実施形態例の燃料計
測システムは、計測モードにおいて、先の実施形態例と
同様に燃料の重量を計算し、診断モードにおいて、診断
データを計算して、双方のモードの計算値に基づいて、
故障診断する。燃料計測システムは、基準キャパシタＣ
ｓ及び切換えスイッチ９を有する。

【００２３】基準キャパシタＣｓは、予め測定され静電
容量が既知の固定容量素子が採用される。切換えスイッ
チ９は、入力側にａ１接点及びａ２接点の２つを有し、
出力側にｂ接点の１つを有する。正弦波電圧発生部６
は、測定キャパシタＣｔ及び基準キャパシタＣｓの双方
の一端に、基準正弦波電圧１０１を入力する。測定キャ
パシタＣｔの他端は、切換えスイッチ９のａ１接点に接
続され、基準キャパシタＣｓの他端は、切換えスイッチ
９のａ２接点に接続される。切換えスイッチ９のｂ接点
は、チャージアンプ２の入力に接続される。

【００２４】切換えスイッチ９は、ＣＰＵ５からの指示
に従って、ａ１接点とｂ接点との間、又は、ａ２接点と
ｂ接点との間の何れか一方を接続する。基準正弦波電圧
１０１及び交流電圧１０２の最大値は、ａ２接点とｂ接
点との間を接続した状態で、予め測定されている。

【００２５】図５は、図４のＣＰＵ５が故障診断処理の
際に使用する故障診断表Ａの内容を示す図である。故障
診断表Ａは、ＣＰＵ５内に記憶される。ＣＰＵ５は、故
障診断処理の開始命令を受けると、計測モード時に、ａ
１接点とｂ接点との間を接続し、診断モード時に、ａ２
接点とｂ接点との間を接続して、双方のモードにおける
交流電圧１０２の最大値を測定する。ＣＰＵ５は、故障
診断表Ａを参照し、測定結果に基づいて、故障診断処理
を行う。

【００２６】計測モード時の測定値が“Ｖｓ×Ｃｔ／Ｃ
１”、且つ、診断モード時の測定値が“Ｖｓ×Ｃｓ／Ｃ
１”であれば、正常と判定し、計測モード時の測定値が
“ゼロ付近”、且つ、診断モード時の測定値が“Ｖｓ×
Ｃｓ／Ｃ１”であれば、“タンクユニット１（機体配線
２５も含む）の断線”故障と判定し、計測モード時の測
定値が“正又は負の飽和電圧付近”、且つ、診断モード
時の測定値が“Ｖｓ×Ｃｓ／Ｃ１”であれば、“タンク
ユニット１（機体配線２５も含む）の短絡”故障と判定
し、計測モード時の測定値が“不定”、且つ、診断モー
ド時の測定値が“Ｖｓ×Ｃｓ／Ｃ１以外”であれば、
“シグナル・コンディショナの動作不良”故障と判定す
る。

【００２７】ＣＰＵ５は、表示器に判定結果の内容を表
示する。整備員は、判定結果の内容を参照することによ
り、機体の故障内容を把握できる。

【００２８】上記実施形態例によれば、測定キャパシタ
に対する故障の診断結果が直ぐに分かるので、その交換
等の保守作業が容易になり、信頼性の高い計測機能を維
持できる。

【００２９】図６は、本発明の第３実施形態例の燃料計
測システムのブロック図である。本実施形態例の燃料計
測システムは、チャージアンプに対する故障を判定でき
る故障診断を行う点が第２実施形態例と異なる。燃料計
測システムは、加算回路を備えるチャージアンプ２Ａ、
及び、平均化部１１、１２、キャパシタＣ３、及び、４
入力のマルチプレクサ１０を有する。

【００３０】キャパシタＣ３は、通過する信号の直流分
を阻止する。平均化部１１及び１２は、入力信号を整流
し平滑化する。マルチプレクサ１０は、ＣＰＵ５の指示
に従って、Ａ１入力端〜Ａ４入力端からの信号の何れか
１つをＢ出力端から出力する。

【００３１】チャージアンプ２Ａの加算回路は、抵抗Ｒ
３及び電圧Ｅｓの直流電源で構成される。電圧Ｅｓの直
流電源は、正極側出力が抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯ
Ｐの反転入力に接続され、負極側出力がグランドに接続
される。チャージアンプ２Ａの出力は、マルチプレクサ
１０のＡ１入力端、キャパシタＣ３を介して平均化部１
１の入力、及び、平均化部１２の入力に交流電圧１０２
を入力する。平均化部１１は、交流成分直流電圧１０６
をマルチプレクサ１０のＡ２入力端に入力する。平均化
部１２は、両成分直流電圧１０７をマルチプレクサ１０
のＡ３入力端に入力する。

【００３２】チャージアンプ２Ａは、基準正弦波電圧１
０１を直流成分及び交流成分から成る交流電圧１０２に
変換する。交流電圧１０２の直流成分の最大値Ｅｔは、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ３×Ｅｓであり、交流電圧１０２の
交流成分の最大値Ｖｔは、Ｃｔ／Ｃ１×Ｖｓである。

【００３３】図７は、図６のチャージアンプ２Ａが変換
した交流電圧１０２の波形を示す特性図である。交流電
圧１０２の波形は、電圧Ｅｔを基準とし、電圧２Ｖｔの
振幅を有する正弦波である。

【００３４】図８は、図６のＣＰＵ５が故障診断処理の
際に使用する故障診断表Ｂの内容を示す図である。故障
診断表Ｂは、図６のＣＰＵ５内に記憶される。ＣＰＵ５
は、故障診断処理の開始命令を受けると、マルチプレク
サ１０を制御し、交流成分直流電圧１０６又は両成分直
流電圧１０７を選択して、双方の電圧レベルを測定す
る。ＣＰＵ５は、故障診断表Ｂを参照し、電圧レベルに
基づいて、故障診断処理を行う。

【００３５】交流成分直流電圧１０６の電圧レベルが
“Ｌレベル”、且つ、両成分直流電圧１０７の電圧レベ
ルが“Ｈレベル”であれば、“タンクユニット１（機体
配線２５も含む）の断線”故障と判定し、交流成分直流
電圧１０６の電圧レベルが“Ｌレベル”、且つ、両成分
直流電圧１０７の電圧レベルが“Ｌレベル”であれば、
“チャージアンプ２Ａの動作不良”故障と判定し、交流
成分直流電圧１０６の電圧レベルが“Ｈレベル”、且
つ、両成分直流電圧１０７の電圧レベルが“Ｈレベル”
であれば、“正常”と判定する。

【００３６】上記実施形態例によれば、チャージアンプ
に対する故障の診断結果も直ぐに分かるので、故障位置
の特定が容易であり、更に保守作業が容易になる。

【００３７】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の燃料計測システムは、上記
実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した燃料計
測システムも、本発明の範囲に含まれる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料計測
システムでは、交流電圧及び基準正弦波電圧の最大値を
計測し、双方の計測値から燃料を測定することにより、
所定の期間内の交流電圧を平均化し直流電圧に変換する
処理がないため、交流電圧の変動を蓄積することがな
く、測定誤差の影響を受け難い。

【００３９】また、測定キャパシタ及びチャージアンプ
に対する故障の診断結果が直ぐに分かるので、故障位置
の特定が容易であり、その交換等の保守作業が容易にな
り、信頼性の高い計測機能を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の燃料計測システムの
ブロック図である。

【図２】図１のタンクユニット１の一例を示す構造図で
ある。

【図３】燃料計測システムが取り扱う信号のタイミング
チャートである。

【図４】本発明の第２実施形態例の燃料計測システムの
ブロック図である。

【図５】図４のＣＰＵ５が故障診断処理の際に使用する
故障診断表Ａの内容を示す図である。

【図６】本発明の第３実施形態例の燃料計測システムの
ブロック図である。

【図７】図６のチャージアンプ２Ａが変換した交流電圧
１０２の波形を示す特性図である。

【図８】図６のＣＰＵ５が故障診断処理の際に使用する
故障診断表Ｂの内容を示す図である。

【図９】従来の燃料計測システムの機能を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１ タンクユニット ２ チャージアンプ ３ ２入力マルチプレクサ（選択手段） ４ ＡＤ変換部 ５ ＣＰＵ（演算手段） ６ 正弦波電圧発生部 ７ クロック発生部 ８ 信号発生部 ９ 切換えスイッチ １０ ４入力マルチプレクサ １１〜１４ 平均化部 ２１ 燃料タンク ２２ 燃料 ２３ 外筒 ２４ 内筒 ２５ 機体配線 １０１ 基準正弦波電圧 １０２ 交流電圧 １０３ 基準クロック １０４ ＡＤ要求信号 １０５ ＡＤ開始信号 １０６ 交流成分直流電圧 １０７ 両成分直流電圧 Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗 Ｃ１〜Ｃ３ キャパシタ Ｃｔ 測定キャパシタ Ｃｓ 基準キャパシタ ＯＰ オペアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 三司 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 塚田 光俊 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F014 AC04 EA10 GA01 3D038 CA31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の残量によって静電容量が変化する測
   定キャパシタと、 基準正弦波電圧を発生し該基準正弦波電圧を前記測定キ
   ャパシタの一端に印加する正弦波電圧発生手段と、 前記測定キャパシタの他端に入力が接続されて前記測定
   キャパシタの静電容量に比例する交流電圧を発生するチ
   ャージアンプと、 前記チャージアンプの出力と前記正弦波電圧発生手段の
   出力と周期的に選択する選択手段と、 前記交流電圧の最大値と前記基準正弦波電圧の最大値と
   に基づいて、前記測定キャパシタの静電容量を算出する
   演算手段とを備えることを特徴とする燃料計測システ
   ム。
2. 【請求項２】静電容量が既知の基準キャパシタと、前記
   測定キャパシタに代えて該基準キャパシタを燃料計測シ
   ステムに接続する切換えスイッチとを更に備え、前記基
   準キャパシタの静電容量を測定することにより前記測定
   キャパシタの故障を診断する、請求項１に記載の燃料計
   測システム。
3. 【請求項３】前記チャージアンプの出力信号に直流バイ
   アスを加えて加算信号を生成する加算回路と、前記加算
   信号を平均化する第１の平均化回路と、前記加算信号の
   直流成分を阻止した後に該加算信号を平均化する第２の
   平均化回路とを更に備え、前記第１の平均化回路の出力
   と前記第２の平均化回路の出力とを比較し、前記チャー
   ジアンプの故障を診断する、請求項１又は２に記載の燃
   料計測システム。