一种激励自测试电路的制作方法

本发明一种激励自测试电路属于自测试技术领域。

背景技术：

飞控计算机采集飞机上各类传感器和其他飞行控制系统的输入信息，分析结算后控制飞行姿态。由于飞机上的频率信号往往决定了飞行控制的效果，关乎航空器的飞行安全，因此它们能否被飞控计算机正常采集到非常重要。如何能够以最小的资源代价实现对飞控计算机中频率信号采集电路的测试，验证采集电路的正确性，是一个需要研究的课题。

目前现有的测试方法中，往往采用在地面外加固定频率源接入飞控计算机的频率采集电路，根据比较采集到的频率是否和外接固定频率源的频率一致，来测试频率采集电路是否正常可靠，这种方法需要外部设备，且往往需要将飞控计算机从飞机上拆下，耗费人工、资源和时间。本发明提出一种无需外加仪器设备即可实现飞控计算机频率采集功能的激励自测试电路，当不进行激励自测试时，该激励自测试电路对原频率采集电路无影响。

技术实现要素：

本发明的目的是：针对飞控计算机频率测试的需求，设计一种针对频率采集电路的自测试电路，当飞控计算机进入自测试模式时，能够不需要借助任何仪器，自动测试频率采集电路的正确性，提高飞机的故障检测覆盖率，且在不进行自测试的情况下，对频率采集电路无影响。

本发明的技术方案：一种激励自测试电路，用于飞行控制计算机中的频率采集，所述激励自测试电路包括频率采集电路、频率计数单元、激励测试单元、激励耦合电路；

频率采集电路的功能：将待检测的频率信号vi输入运算放大器电路进行滤波、限幅、比例缩放后，再接入方波转换电路，转换成方波信号；

频率计数单元的功能：对方波信号进行频率计数；

激励测试单元的功能：向激励耦合电路输出激励信号；

激励耦合电路的功能：在频率采集电路的输入信号vi断开时，将激励测试单元输出的激励信号耦合到频率采集电路中，由频率计数单元对频率采集电路输出的方波信号进行频率计数，若该计数频率与激励测试单元输出的激励信号频率相同，则表示频率采集电路正常；若该计数频率与激励测试单元输出的激励信号频率不同，则表示频率采集电路不正常。

所述激励自测试电路包括电阻一r1、电阻二r2、电阻三r3、电阻四r4、电阻五r5、电阻六r6、电阻七r7、电阻八r8、电阻九r9、电阻十r10、电阻十一r11、电阻十二r12、电容一c1、电容二c2、二极管一d1、二极管二d2、运算放大器一u1、比较器一u2,反相器一u4；

待检测的频率信号vi输入到电阻六r6的一端、电阻六r6的另一端同时连接电容一c1的一端、二极管一d1的一端、二极管二d2的一端和电阻三r3的一端，电阻三r3的另一端连接运算放大器一u1的负端和电阻一r1的一端，电阻七r7的一端连到地端，电阻七r7的另一端同时连接电容一c1的另一端、二极管一d1的另一端、二极管二d2的一端和电阻二r2的一端，电阻二r2的另一端连接运算放大器一u1的正端和电阻四r4的一端，电阻四r4的另一端连接电阻五r5和电阻八r8的一端，电阻五r5的另一端连到地端，电阻八r8的另一端连电容二c2的一端，电容二c2的另一端连激励测试单元输出的激励信号vs；运算放大器一u1的输出端连接电阻一r1的另一端和比较器一u2的负端，比较器一u2的正端连接电阻九r9的一端和电阻十r10的一端，电阻九r9的另一端连到地端，电阻十r10的另一端连接到电阻十一r11的一端、电阻十二r12的一端和反相器一u4的两个输入端，电阻十一r11的另一端连接比较器一u2的输出端，电阻十二r12的另一端连接vcc电源，反相器一u4的输出端即为输入到频率计数单元的方波信号。

在所述激励自测试电路不进行自测试时，激励测试单元不向激励耦合电路输出激励信号，此时激励自测试电路对频率采集电路无影响，在所述激励自测试电路进行自测试时，待检测的频率信号vi断开。

频率计数单元和激励测试单元均由fpga实现。

本发明的优点是：

1.额外的硬件开销非常小，在频率采集电路上只增加了少量的电阻及电容，成本很低；

2.可实现不借助任何仪器，自动测试频率采集电路的正确性；

3.在不进行自测试时，激励自测试电路对频率采集电路无影响；

4.该发明简单、实用且可靠，已在多种型号飞控计算机中通过验证。

附图说明

图1是频率采集原理框图

图2是频率采集电路图

图3是本发明频率采集的激励自测试电路原理图

图4是频率采集电路的仿真图一

图5是频率采集的激励自测试电路的仿真图二

图6是频率采集的激励自测试电路的仿真图三

具体实施方式

一种激励自测试电路，用于飞行控制计算机中的频率采集，所述激励自测试电路包括频率采集电路、频率计数单元、激励测试单元、激励耦合电路；

频率采集电路的功能：将待检测的频率信号vi输入运算放大器电路进行滤波、限幅、比例缩放后，再接入方波转换电路，转换成方波信号；

频率计数单元的功能：对方波信号进行频率计数；

激励测试单元的功能：向激励耦合电路输出激励信号；

激励耦合电路的功能：在频率采集电路的输入信号vi断开时，将激励测试单元输出的激励信号耦合到频率采集电路中，由频率计数单元对频率采集电路输出的方波信号进行频率计数，若该计数频率与激励测试单元输出的激励信号频率相同，则表示频率采集电路正常；若该计数频率与激励测试单元输出的激励信号频率不同，则表示频率采集电路不正常。

所述激励自测试电路包括电阻一r1、电阻二r2、电阻三r3、电阻四r4、电阻五r5、电阻六r6、电阻七r7、电阻八r8、电阻九r9、电阻十r10、电阻十一r11、电阻十二r12、电容一c1、电容二c2、二极管一d1、二极管二d2、运算放大器一u1、比较器一u2,反相器一u4；

待检测的频率信号vi输入到电阻六r6的一端、电阻六r6的另一端同时连接电容一c1的一端、二极管一d1的一端、二极管二d2的一端和电阻三r3的一端，电阻三r3的另一端连接运算放大器一u1的负端和电阻一r1的一端，电阻七r7的一端连到地端，电阻七r7的另一端同时连接电容一c1的另一端、二极管一d1的另一端、二极管二d2的一端和电阻二r2的一端，电阻二r2的另一端连接运算放大器一u1的正端和电阻四r4的一端，电阻四r4的另一端连接电阻五r5和电阻八r8的一端，电阻五r5的另一端连到地端，电阻八r8的另一端连电容二c2的一端，电容二c2的另一端连激励测试单元输出的激励信号vs；运算放大器一u1的输出端连接电阻一r1的另一端和比较器一u2的负端，比较器一u2的正端连接电阻九r9的一端和电阻十r10的一端，电阻九r9的另一端连到地端，电阻十r10的另一端连接到电阻十一r11的一端、电阻十二r12的一端和反相器一u4的两个输入端，电阻十一r11的另一端连接比较器一u2的输出端，电阻十二r12的另一端连接vcc电源，反相器一u4的输出端即为输入到频率计数单元的方波信号。

在所述激励自测试电路不进行自测试时，激励测试单元不向激励耦合电路输出激励信号，此时激励自测试电路对频率采集电路无影响，在所述激励自测试电路进行自测试时，待检测的频率信号vi断开。

频率计数单元和激励测试单元均由fpga实现。

下面对本发明作进一步详细说明。

图1为飞行控制计算机中的频率采集电路，图2所示频率采集的激励自测试电路是在图1的基础上增加了电容二c2和电阻八r8、电阻五r5，电容二c2可以在激励信号vs的变化过程中进行充放电，电阻八r8和电阻五r5用于对激励信号vs进行分压，为了在不进行自测试时，激励自测试电路对频率采集电路不产生影响，电阻五r5和电阻八r8的取值要远小于r4的阻值。

如图2所示，在不进行激励自测试时，激励信号vs由激励测试单元输出0v电压，待检测的频率信号vi为交流频率信号，首先将其引入运算放大器电路的负端，将地信号引入运算放大器电路的正端，图中运算放大器电路可实现滤波、限幅、反相比例调节功能，输出与待检测的频率信号vi频率相同的电压信号va，其中的运放可用lm148(带宽1mhz)，二极管一d1、二极管二d2可用1n3595，用来对待检测的频率信号vi进行限幅保护，然后将va信号引入比较器lm139的负端，比较器的正端接成正反馈形式，具有滞回的输出特性，其目的是避免输入电压信号接近阈值电压时，很容易因微小的干扰信号而发生输出电压的误跳变，提高抗干扰能力，滞回比较器的阈值由电阻分压实现，va信号通过比较器电路实现正弦波向方波vb的转换，将vb接入反相器进行反相整形，输出以0为基点，幅值为5v的标准方波vo，将vo接入频率计数单元进行频率计数，vo的频率与待检测的频率信号vi的频率相同。

需要对频率采集电路进行自测试时，待检测的频率信号vi悬空，相当于开路，激励信号vs是由激励测试单元输出的幅值为5v，占空比为50％的方波信号，将激励信号vs通过自测试电路耦合到频率采集电路中，运算放大器电路对激励信号vs进行比例缩放后输出电压va，va再经过滞回比较器电路转换成方波信号vb，vb接入反相器进行反向整形后输出标准方波信号vo，将vo接入频率计数单元中进行频率计数，如果采到vo的频率与激励测试单元输出的激励信号vs信号频率相同，则证明频率采集电路正常可靠，如果采到vo的频率与激励测试单元输出的激励信号vs频率不相同，则证明频率采集电路异常。

图2和图3中的电路器件参数可根据不同需要进行取值。

图4取图2中的r1＝15k,r2＝r3＝r6＝r7＝51.1k，c1＝220pf,c2＝3.9nf,r4＝147k,r5＝2.87k,r8＝10k,r9＝25.5k,r10＝750k,r11＝16.5k,r12＝5.11k,vcc＝5v，vee＝-15v，待检测的频率信号vi是由外部电源提供的7v1800hz时，频率采集电路的仿真图，其中示波器的通道1为待检测的频率信号vi波形，通道2为va信号波形，通道3为vb信号波形，通道4为vo信号波形，从图中可以看出，vo频率与待检测的频率信号vi频率相同；

图5是取图3中的r1＝15k,r2＝r3＝r6＝r7＝51.1k，c1＝220pf,c2＝3.9nf,r4＝147k,r5＝2.87k,r8＝10k,r9＝25.5k,r10＝750k,r11＝16.5k,r12＝5.11k,vcc＝5v，vee＝-15v，当不进行自测试的情况下，待检测的频率信号vi是由外部电源提供的7v1800hz，vs是由激励测试单元输出的0v电压时，频率采集电路的仿真图，其中示波器的通道1为待检测的频率信号vi波形，通道2为va信号波形，通道3为vb信号波形，通道4为vo信号波形，从图中可以看出，vo频率与待检测的频率信号vi频率相同。

图6是取图3中的r1＝15k,r2＝r3＝r6＝r7＝51.1k，c1＝220pf,

c2＝3.9nf,r4＝147k,r5＝2.87k,r8＝10k,r9＝25.5k,r10＝750k,r11＝16.5k,r12＝5.11k,vcc＝5v，vee＝-15v，当进行自测试的情况下，待检测的频率信号vi开路，vs是由激励测试单元输出的5v500hz，占空比为50％的方波信号时，频率采集激励自测试电路的仿真图，其中示波器的通道1为vs信号波形，通道2为va信号波形，通道3为vb信号波形，通道4为vo信号波形，从图中可以看出，vo频率与vs频率相同。