发动机点火器故障监控装置的制作方法

本实用新型涉及一种发动机点火装置工作状态采样及故障防护装置，特别是用于航空航天发动机点火装置在原位或试验室环境下的工作状态采样及故障防护装置。

背景技术：

航空发动机是飞机的心脏，航空点火系统是航空发动机的重要部件之一。发动机实际运行过程中因存在多个约束条件将导致电控单元的标定变成多变量、多约束、具有不同优化目标的复杂工程。发动机点火系统是由点火装置、点火电缆和电嘴构成的一种用于主燃烧室和加力燃烧室的点火源系统，点火装置将飞机上的直流电或交流电转化为高压电后，通过点火电缆和电嘴放出火花并保证给火花足够的能量，直接点燃发动机燃烧室内空气和燃油的混合气体。发动机点火装置工作状态采样及故障防护是通过对电容器充、放电电路脉冲电流进行信号采样，测得点火装置电容器充、放电脉冲频率，电流峰值范围，从而判断发动机点火装置工作是否正常,由于发动机的最佳点火提前角随发动机转速和负荷的变化是一个不规则的曲面,真空、离心点火提前调节器的点火提前角调节是线性的，因此不可能在发动机转速、负荷变化的范围内将点火提前角都调整到最佳的值。点火正时所调整的基本点火提前角是以发动机在整个转速变化范围内不产生爆燃为前提的，这样只能使发动机在某些工况下接近于最佳点火，而在其它工况下实际上是点火过迟了。真空、离心点火提前调节装置使发动机在许多工况下偏离最佳点火时刻，发动机的功率不能充分发挥，油耗和排污较高，而且真空、离心点火提前调节器则不能起作用，导致点火装置的点火提前角调节性能较差,对温度等其它影响燃烧的因素不能起调节作用。传统的高压配电方式工作时配电器分火头与旁电极之间的跳火和具有较高电阻的高压导线均会损失部分点火能量，配电器在高压下工作，分电器盖、分火头及高压导线等的漏电、烧损是电子点火装置常见的故障。目前航空航天发动机均配置2台以上互为备份的点火装置。至今尚无装机后的工作状态监控，单台点火装置一旦故障，虽仍能靠余下的点火装置着火，但存在一定概率的安全隐患。其次，当发动机点火装置电容器出现开路故障时，不及时断电，可能使点火装置其他重要电路的损毁，造成更大损失；当发动机点火装置高压放电电路故障时，不及时断电，将造成电容器不断充电，直至爆炸。

综上所述，航空航天事故非同小可，特别是对于作为心脏的发动机，更是不容一点点安全隐患的存在。所以，制造一种能对点火装置装机后的工作状态进行采样，以便随时监控的装置刻不容缓。但发动机点火装置电容器在充、放电过程中的高电压，强电流及反向负高压带来的强冲击干扰，对数、模采样电路均会有极大干扰，造成采样不稳定，不准确，甚至无法工作。如何消除干扰，有效采集数据，及时发现故障，并能在故障发生时，第一时间采取自动保护，成为了当前航空航天发动机点火装置工作状态实时采样、监控和故障防护急待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种能够消除发动机点火装置工作干扰，采样稳定准确，数据读取可靠，且能在发生故障时，及时告警并采取断电保护的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机点火器故障监控装置，包括：通过次级高压放电端电连接电嘴的点火装置和通过采样电缆电连接的信号采样处理、数据处理比对控制电路，其特征在于：数据处理比对控制电路包括采样模块3、信号处理模块4、数据处理控制模块5、显示模块6、电源模块7、故障防护模块8和复位电路9，其中，采样模块3顺次串联信号处理模块4和数据处理控制模块5，数据处理控制模块5电连接显示模块6，并通过电连接有电源模块7和复位电路9的故障防护模块8电连接点火装置的初级电源端；数据处理控制模块5通过数据设置电路，预置工作时间、标准工作频率和电流峰值范围，启动后，采样模块3从点火装置采样接口，经采样电缆2对发动机点火装置中的电容器充、放电电路产生的脉冲电流进行信号采样，采样信号经信号处理模块3整形、滤波后，对采样信号作补偿滤波，将读取频率及电流峰值送入数据处理控制模块5，数据处理控制模块5通过AVR单片机，将预置的标准工作频率、电流峰值范围与采样频率和/或电流峰值进行数据比对、分析和判断，一旦采样频率和/或电流峰值任意一个出现超误差，数据处理控制模块5通过控制程序软件立即向显示模块6发出故障告警信号指令，同时控制故障防护模块8断开点火装置初级电源，并切断相应继电器，使整个装置进入故障锁定状态。

本实用新型具有如下有益效果：

能够消除发动机点火装置工作干扰。本实用新型采用先对数据处理控制模块数据处理控制模块进行点火装置工作时间，标准工作频率、电流峰值范围进行预设置后，通过故障防护模块的启动开关为点火装置上电，从点火装置采样接口，经采样电缆，由采样模块对发动机点火装置电容器充、放电电路脉冲电流进行信号采样，再经信号处理模块整形、滤波，利用采样模块采样后，再经信号处理模块整形、滤波，彻底滤除了采样带入的负高压信号干扰，及脉冲采样信号的移频干扰。

采样稳定准确、可靠。本实用新型利用采样模块对点火装置电容器充、放电电路脉冲电流进行采样，在点火装置上电启动2S内或正常工作时间内，送入数据处理控制模块再次处理后与设置频率进行数据比对分析、判断，送显示模块显示。一旦采样频率或电流峰值任意一个出现超误差，数据处理控制模块向显示模块发出故障告警信号，通过显示模块故障告警指示，能够最直观、准确地反应出点火装置在工作中所可能出现的线路开路故障，单个以上电容器击穿、开路故障。同时故障防护模块断开点火装置初级电源，并进入故障锁定状态，启动开关失效。

数据读取可靠。本实用新型在采样信号经信号处理模块整形、滤波后，对采样信号作补偿滤波，将读取电流峰值送入数据处理控制模块，数据处理控制模块对工作时间计时，定时断开点火装置初级电源，读取电流峰值，送显。

能在发生故障时，及时告警并采取断电保护。如不复位解锁，再次启动，数据处理控制模块向显示模块发出故障锁定警告及复位提示信号，显示模块有醒目故障锁定警告信息和复位提示信息。此时须通过复位电路复位，使显示模块上故障锁定警告信息和复位提示信息消失后，启动开关重新有效，才能再次为点火装置上电。

操作简单。本实用新型通过次级高压放电端电连接电嘴的点火装置和通过采样电缆电连接的信号采样处理、数据处理比对控制电路，其中的数据处理控制模块可根据点火装置工作时间，标准工作频率、电流峰值范围进行预设置。打开启动开关，接通点火装置的电源，装置对发动机点火装置工作状态开始计时并采样，同时将采样数据及工作状态情况直观显示出来，实时对点火装置进行工作状态监控和保护。若工作时间计时完成，自动断电，停止工作，显示工作完成。若出现故障，自动断电，点火装置停止工作，显示故障告警提示。故障锁定防误操作。当出现故障自动断电保护后，装置进入故障锁定状态，如不复位解锁，无法再次启动点火装置，防止故障状态下误操作。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

图1是本实用发动机点火器故障监控装置的原理框图。

图2是图1数据处理控制模块内置控制软件的程序流程图。

图中，1点火装置、2采样电缆、3采样模块、4信号处理模块、5数据处理控制模块、6显示模块、7电源模块、8故障防护模块、9复位电路、10点嘴。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的一个最佳实施例中，一种监控发动机点火装置工作状态的故障防护装置，包括：通过次级高压放电端电连接电嘴的点火装置和通过采样电缆电连接的信号采样处理、数据处理比对控制电路，其特征在于：数据处理比对控制电路包括采样模块3、信号处理模块4、数据处理控制模块5、显示模块6、电源模块7、故障防护模块8和复位电路9，其中，采样模块3顺次串联信号处理模块4和数据处理控制模块5，数据处理控制模块5电连接显示模块6，并通过电连接有电源模块7和复位电路9的故障防护模块8电连接点火装置的初级电源端；数据处理控制模块5通过数据设置电路，预置工作时间、标准工作频率和电流峰值范围，启动后，采样模块3从点火装置采样接口，经采样电缆2对发动机点火装置中的电容器充、放电电路产生的脉冲电流进行信号采样，采样信号经信号处理模块3整形、滤波后，对采样信号作补偿滤波，将读取频率及电流峰值送入数据处理控制模块5，数据处理控制模块5通过AVR单片机，将预置的标准工作频率、电流峰值范围与采样频率和/或电流峰值进行数据比对、分析和判断，一旦采样频率和/或电流峰值任意一个出现超误差，数据处理控制模块5通过控制程序软件立即向显示模块6发出故障告警信号指令，同时控制故障防护模块8断开点火装置初级电源，并切断相应继电器，使整个装置进入故障锁定状态，启动开关失效。

先对数据处理控制模块5进行点火装置工作时间，标准工作频率、电流峰值范围进行预设置后，通过故障防护模块的启动开关为点火装置上电后，从点火装置采样接口，经采样电缆，由采样模块对发动机点火装置电容器充、放电电路中的脉冲电流进行信号采样，再经信号处理模块整形、滤波，送入数据处理控制模块5，通过软件与预置数据进行比对分析、判断，送显示模块显示。

故障防护模块的启动开关为点火装置上电，当开关接通时，数据处理控制模块5收到该离散信号，随即开始计时，采样模块立即对发动机点火装置电容器充、放电电路中的脉冲电流进行信号采样，数据处理控制模块5通过软件对采样频率、电流峰值与预置数据作分析对比，在2S内，采样频率或电流峰值均未出现超误差，2S后，数据处理控制模块5确认点火装置工作正常，数据处理控制模块5软件继续计时，并立即控制故障防护模块接通保护开关，随即断开启动开关。此时，转由仅通过故障防护模块的保护开关继续为点火装置供电。

在2S内，数据处理控制模块5在确认点火装置工作正常，接通保护开关后，数据处理控制模块5软件始终保持对采样频率、电流峰值与预置数据作分析对比，采样频率或电流峰值任意一个出现超误差，数据处理控制模块停止计时，并立即控制故障防护模块断开启动开关，保护开关仍然处于断开位置。此时，点火装置初级电源端与电源模块7完全断开。

故障防护模块8的启动开关为点火装置1上电，当开关接通时，数据处理控制模块5收到该离散信号，随即开始计时，采样模块3通过采样电缆2立即对发动机点火装置1电容器充、放电电路中的脉冲电流进行信号采样，经信号处理模块4整形、滤波后，送入数据处理控制模块5，数据处理控制模块5通过软件对采样频率、电流峰值与预置数据作分析对比：1.如在2S内，采样频率未出现超误差，数据处理控制模块5确认点火装置1工作正常，2S后，数据处理控制模块5软件继续计时，并立即控制故障防护模块8接通保护开关，随即断开启动开关。此时，转由仅通过故障防护模块8的保护开关继续为点火装置1供电。

2.如在2S内，采样频率出现超误差，数据处理控制模块5软件停止计时，并立即控制故障防护模块8断开启动开关，保护开关仍然处于断开位置。此时，点火装置1初级电源端与电源模块7完全断开。

如点火装置1未出现故障，数据处理控制模块5软件完成工作时间计时后，立刻控制断开故障防护模块8上的保护开关，并向显示模块6发出工作完成信号，显示模块6显示工作完成。

当数据处理控制模块5软件判断出点火装置1故障，控制故障防护模块8在断开所有开关后，并切断相应继电器，使整个装置进入故障锁定状态，故障防护模块8上的启动开关失效。如不复位解锁，再次启动，数据处理控制模块5软件通过判断后，向显示模块6发出故障锁定警告及复位提示信号，显示模块6有醒目故障锁定警告信息和复位提示信息。此时须通过复位电路9复位，数据处理控制模块5软件确认复位成功后，关闭告警、提示信号，使显示模块6上故障锁定警告信息和复位提示信息消失，同时复位相应继电器，使整个装置解除故障锁定状态，故障防护模块8上的启动开关重新有效。

采样信号，经信号处理模块4整形、滤波，送入数据处理控制模块5通过软件与预置频率进行数据比对分析、判断后送显示模块6，显示采样频率值，工作时间，电流峰值范围及工作状态正常提示。当点火装置1故障时，数据处理控制模块5软件通过数据比对分析、判断，确认故障，立即向显示模块6发出故障告警信号，显示模块6有醒目故障提示信息。

参阅图2。数据处理控制模块5设置有通过设置，向控制程序软件预置工作时间，标准工作频率、电流峰值范围的控制程序软件。在点火装置1上电时，控制程序软件程序判断是否有故障锁定，如果有锁定，再判断是否复位，如未复位，则不能接通故障防护模块8上的启动开关，并向显示模块6发出复位提示信号。在点火装置1上电时，控制程序软件程序判断是否有故障锁定，如果有锁定，再判断是否复位，如未复位，则不能接通故障防护模块8上的启动开关，并向显示模块6发出复位提示信号。控制程序软件程序判断有故障锁定时，如判断到复位电路已成功复位，或通过控制程序软件程序判断无故障锁定，即接通故障防护模块8上启动开关，并接收启动开关接通信号，随即打开数据处理控制模块5中的定时器开始计时。

2S内，如数据处理控制模块5未接收到采样信号，或采样信号频率、电流峰值任意一个数据超误差范围，控制程序软件程序立即控制断开故障防护模块8上的启动开关，关闭定时器，并向显示模块6发出故障信号。如数据处理控制模块5接收到采样信号，经比对满足预置数据要求，送显示模块显示，2S后，控制程序软件程序控制接通故障防护模块8上的保护开关，断开启动开关，定时器继续计时。在随后的工作时间计时过程中，如数据处理控制模块5接收到的采样信号频率、电流峰值中任意一个数据超误差范围，控制程序软件程序立即控制断开故障防护模块8上的保护开关，关闭定时器，并向显示模块6发出故障信号，同时锁定故障防护模块8上的启动开关，使其失效。如未出现故障，定时器定时结束，程序控制断开故障防护模块8上的保护开关，并向显示模块6发出工作完成信号。

数据处理控制模块(5)的主处理器可以选用集成了2个独立的8位定时/计数器,1个16位定时/计数器,4路PWM通道,一个10位ADC接口,1路SPI接口和1路USART串行通信接口的ATMega16高速微处理器。外部使用电流转换模块将电流转换成0-5V电压，并通过ATMega16微处理器的ADC接口采集处理。