一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法，信号变换器包括信号调理单元、波形整形单元、数字信号处理单元、高速数模转换单元和功率放大单元；当直升机旋翼转动带动音轮转动时，信号调理单元将从磁传感器接收的原始正交信号变换为标准正交信号；波形整形单元将标准正交信号变换为方波信号；数字信号处理单元获取标准正交信号和方波信号的频率值，计算出二者的平均值作为原始正交信号的频率值；高速数模转换单元根据原始正交信号的频率值，生成与原始正交信号频率相同的三相交流信号；功率放大单元对三相交流信号进行功率放大，并输出至旋翼转速表。采用数字信号处理技术提高了可靠性和稳定性，降低了重量。
【专利说明】一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法
技术领域
[0001]本发明涉及仪器仪表领域，特别涉及一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法。
【背景技术】
[0002]旋翼转速是直升机在飞行过程中非常重要的参数值，准确实时的指示旋翼转速是飞行员顺利完成各种空中执勤任务的前提。
[0003]图1为直升机旋翼转速指示系统的结构示意图，如图1所示，旋翼转速指示系统由音轮、磁传感器、交流信号变换器和旋翼转速表组成。旋翼轴承带动音轮转动，音轮附近的磁传感器由于磁感应生成正弦小信号，而交流信号变换器是旋翼转速指示系统中的核心部件，用于放大磁传感器输出的正交小信号，并转换成有功率输出的三相交流信号，驱动旋翼转速表，使指针可以准确指示旋翼转速。其中旋翼转速与正弦小信号频率成正比，而三相交流信号又与正弦小信号频率一致，旋翼转速表指针偏转角度与三相交流信号频率成正比，最终使指针能够准确指示旋翼转速。
[0004]现有的旋翼转速指示系统装配的都是模拟式交流信号变换器，即信号处理和转换通过模拟电路实现。图2为现有的用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器的结构示意图，如图2所示，磁传感器输出正交信号，其中第一路为正弦信号，第二路为余弦信号，相位差90度。该正交信号作为模拟式变换器的输入信号，其信号频率与旋翼转速成正比，然后经运放、电容、电阻组成的调理电路进行滤波去干扰和信号放大得到标准的正交信号，再经功放管进行电压和功率放大，最后由变压器保持频率不变转化成三相交流电信号，这个三相交流电信号由电阻盒阻抗匹配送给转速表便可以指示旋翼转速。
[0005]—方面，模拟式交流信号变换器以运算放大器配合电容电阻组成的调理电路进行小信号的滤波和放大，在这个过程中将两路正交信号的各一端均接地，导致去除信号的共模干扰困难，当旋翼转速慢时，信号幅值小，信噪比小，最终导致当旋翼转速低于50转/分时，指针指示不灵敏。
[0006]另一方面，直升机飞行过程中不可避免会有机械振动，音轮与磁传感器的距离会发生变化，磁感应强弱不均会导致传感器的信号频率不稳定，而模拟式交流信号变换器由模拟电路构成，入口信号频率不稳直接导致三相交流电信号频率也不稳定，在207?212转/分的飞行转速区域指针有小幅抖动现象发生，严重影响飞行员操纵。此外，模拟式交流信号变换器装有变压器等模拟器件，重量较重，有的模拟式交流信号变换器重量高达2.57Kg。。
【发明内容】
[0007]为了克服现有交流信号变换器不灵敏、稳定性不强及重量过大的不足，本发明提供了一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法。
[0008]依据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器，所述旋翼转速指示系统还包括音轮、磁传感器以及旋翼转速表，其特征在于，所述交流信号变换器包括信号调理单元、波形整形单元、数字信号处理单元、高速数模转换单元和功率放大单元；
[0009]所述信号调理单元，用于当直升机旋翼转动带动音轮转动时，接收所述磁传感器输出的原始正交信号，将所述原始正交信号变换为标准正交信号输出给所述波形整形单元和所述数字信号处理单元；
[0010]所述波形整形单元，用于将所述标准正交信号变换为方波信号输出给所述数字信号处理单元；
[0011]所述数字信号处理单元，用于获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值，计算出所述方波信号的频率值和所述标准正交信号的频率值的平均值作为所述原始正交信号的频率值输出给所述高速数模转换单元；
[0012]所述高速数模转换单元，用于根据所述数字信号处理单元输出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号输出给所述功率放大单元；
[0013]所述功率放大单元，用于对所述三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的所述三相交流信号输出至所述旋翼转速表，从而驱动所述旋翼转速表指示直升机旋翼转速。
[0014]其中，所述信号调理单元包括第一数字差分放大器和第二数字差分放大器；
[0015]所述第一数字差分放大器的第一输入端接所述原始正交信号中正弦信号的第一端，所述第一数字差分放大器的第二输入端接所述原始正交信号中正弦信号的第二端，所述第一数字差分放大器的输出端分别连接所述波形整形单元和所述数字信号处理单元，用于放大所述正弦信号，并且避免共模干扰；
[0016]所述第二数字差分放大器的第一输入端接所述原始正交信号中余弦信号的第一端，所述第二数字差分放大器的第二输入端接所述原始正交信号中余弦信号的第二端，所述第一数字差分放大器的输出端分别连接所述波形整形单元和所述数字信号处理单元，用于放大所述余弦信号，并且避免共模干扰。
[0017]其中，所述波形整形单元包括第一比较器和第二比较器；
[0018]所述第一比较器的输入端接所述第一数字差分放大器的输出端，所述第一比较器的输出端连接所述数字信号处理单元；当所述第一比较器的输入端接收到的信号电平为正时，所述第一比较器的输出端输出3.3V电平；当所述第一比较器的输入端接收到的信号电平为负时，所述第一比较器的输出端输出OV电平；
[0019]所述第二比较器的输入端接所述第二数字差分放大器的输出端，所述第二比较器的输出端连接所述数字信号处理单元；当所述第二比较器的输入端接收到的信号电平为正时，所述第二比较器的输出端输出3.3V电平；当所述第二比较器的输入端接收到的信号电平为负时，所述第二比较器的输出端输出OV电平。
[0020]其中，所述数字信号处理单元包括捕获模块、模数转换模块和外部扩展接口；
[0021]所述捕获模块的第一输入端接所述第一比较器的输出端，所述捕获模块的第二输入端接所述第二比较器的输出端，用于捕获输入的方波信号的上升沿，计算出所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为所述方波信号的频率值；
[0022]所述模数转换模块的第一输入端接所述第一数字差分放大器的输出端，所述模数转换模块的第二输入端接所述第二数字差分放大器的输出端，用于对输入的标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到所述标准正交信号的频率值；
[0023]所述外部扩展接口通过数据线连接所述高速数模转换单元，用于向所述高速数模转换单元输出所述原始正交信号的频率值，控制所述高速数模转换单元根据直接数字式频率合成原理生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号。
[0024]其中，所述交流信号变换器还包括电源转换单元，所述电源转换单元，用于将机载直流电源转化为所述交流信号变换器的工作电压为所述交流信号变换器供电。
[0025]依据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法，所述旋翼转速指示系统还包括音轮、磁传感器以及旋翼转速表，其特征在于，所述方法包括:
[0026]当直升机旋翼转动时，将所述磁传感器输出的原始正交信号变换为标准正交信号；
[0027]将所述标准正交信号变换为方波信号；
[0028]获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值，计算出所述方波信号的频率值和所述标准正交信号的频率值的平均值作为所述原始正交信号的频率值；
[0029]根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号；
[0030]对所述三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的所述三相交流信号输出至所述旋翼转速表，从而驱动所述旋翼转速表指示直升机旋翼转速。
[0031]其中，所述将所述磁传感器输出的原始正交信号变换为标准正交信号具体为:分别对所述原始正交信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，避免共模干扰。
[0032]其中，所述将所述标准正交信号变换为方波信号具体为:分别将所述标准正交信号中的正弦信号和余弦信号与OV电平进行比较，当信号电压值为正时输出3.3V电平，否则输出OV电平。
[0033]其中，所述获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值具体包括:捕获所述方波信号的上升沿，计算出所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为所述方波信号的频率值;对所述标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到所述标准正交信号的频率值；
[0034]所述根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同三相交流信号具体为:根据计算出的所述原始正交信号的频率值，通过直接数字式频率合成原理生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号。
[0035]其中，所述方法还包括:将机载直流电源转化为需要的电压，为直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换提供工作电压。
[0036]本发明实施例的有益效果是:采用数字信号处理技术，通过数字电路实现转速检测、频率计算、三相信号变换、阻抗匹配等，精度高，受温度等环境因素影响小，并且工作一致性好，提高了交流信号变换器的可靠性和稳定性，解决了模拟式交流信号变换器造成的在旋翼转速指示表某飞行转速区域内指针的小幅抖动现象。采用数字电路和大规模集成芯片实现交流信号变换器，设计方案简单，相比于现有的模拟式交流信号变换器，元器件数量和整体重量大大降低，并且系统参数改变和调整灵活，生产工艺简单，产品一致性好。在进一步的优选实施例中，分别对原始正交信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，有效去除信号中的共模干扰，使旋翼转速表指针指示更灵敏。
【附图说明】
[0037]图1为直升机旋翼转速指示系统的结构示意图；
[0038]图2为现有的用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器的结构示意图；
[0039]图3为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器的结构示意图；
[0040]图4为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中信号调理单元的电路图；
[0041]图5为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中波形整形单元的电路图；
[0042]图6为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中数字信号处理单元的电路图；
[0043]图7为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中高速数模转换单元的电路图；
[0044]图8为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中功率放大单元的电路图；
[0045]图9为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中电源转化单元的电路图；
[0046]图10为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法的流程图。
【具体实施方式】
[0047]本发明的设计构思是:针对直升机旋翼转速指示系统的特点，通过数字电路实现磁传感器的正交信号的数字化检测，并利用信号处理技术转换成带功率输出的三相交流信号，驱动旋翼转速表，使指针可以准确指示旋翼转速。
[0048]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0049]图3为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供的用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器包括信号调理单元310、波形整形单元320、数字信号处理单元330、高速数模转换单元340和功率放大单元350。
[0050]直升机旋翼转动会带动音轮转动，磁传感器检测到旋翼转动后将感应信号送至信号调理单元310，信号调理单元310接收磁传感器输出的原始正交信号，包括一个正弦信号和一个余弦信号，正弦信号与余弦信号的相位相差90度。原始正交信号为带干扰的正交信号，信号调理单元310通过对接收到的原始正交信号进行放大、匹配滤波和增益控制，将原始正交信号变换为标准正交信号输出给波形整形单元320和数字信号处理单元330。波形整形单元320将接收到的标准正交信号变换为方波信号，然后输出给数字信号处理单元330。数字信号处理单元330获取标准正交信号的频率值和方波信号的频率值之后，计算方波信号的频率值和标准正交信号的频率值的平均值作为原始正交信号的频率值，并将原始正交信号的频率值输出给高速数模转换单元340。高速数模转换单元340根据数字信号处理单元330输出的原始正交信号的频率值，生成与原始正交信号频率相同的三相交流信号，该三相交流信号的功率还不足以直接驱动旋翼转速表，因此将其输出给功率放大单元350。功率放大单元350对三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的三相交流信号输出至旋翼转速表，驱动旋翼转速表指不直升机旋翼转速。
[0051]在本发明的优选实施例中，信号调理单元310包括第一数字差分放大器311和第二数字差分放大器312，用于分别对原始信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，这样在放大信号的同时可以去除共模干扰，方便之后的信号转换。
[0052]第一数字差分放大器311的第一输入端接原始正交信号中正弦信号的第一端，第一数字差分放大器311的第二输入端接原始正交信号中正弦信号的第二端，第一数字差分放大器311的输出端分别连接波形整形单元320和数字信号处理单元330。第二数字差分放大器312的第一输入端接原始正交信号中余弦信号的第一端，第二数字差分放大器312的第二输入端接原始正交信号中余弦信号的第二端，第一数字差分放大器的输出端分别连接波形整形单元和数字信号处理单元。
[0053]图4为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中信号调理单元的电路图。如图4所示，第一数字差分放大器Ul和第二数字差分放大器U2可以使用PGA309AIPW数字差分放大器，正弦信号的两端Sinl+和Sinl-经过若干电阻和电容进行匹配滤波之后，分别接第一数字差分放大器Ul的Vinl引脚和Vin2引脚，对正弦信号进行差分放大之后，输出信号SinAmpI。类似的，余弦信号的两端Sin2+和Sin2_经过若干电阻和电容进行匹配滤波之后，分别接第二数字差分放大器U2的Vinl引脚和Vin2引脚，对余弦信号进行差分放大之后，输出信号SinAmp2。由于对正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，可以有效去除共模干扰，信号SinAmpl和信号SinAmp2组成一组标准正交信号。
[0054]仍如图3所示，在本发明的另一个优选实施例中，波形整形单元320包括第一比较器321和第二比较器322，用于将接收到的标准正交信号转换成方波信号。第一比较器321的输入端接第一数字差分放大器311的输出端，第一比较器321的输出端连接数字信号处理单元330。当第一比较器321的输入端接收到的信号电平为正时，第一比较器321的输出端输出3.3V电平；当第一比较器321的输入端接收到的信号电平为负时，第一比较器321的输出端输出OV电平。第二比较器322的输入端接第二数字差分放大器312的输出端，第二比较器322的输出端连接数字信号处理单元330。当第二比较器322的输入端接收到的信号电平为正时，第二比较器322的输出端输出3.3V电平；当第二比较器322的输入端接收到的信号电平为负时，第二比较器322的输出端输出OV电平。
[0055]图5为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中波形整形单元的电路图。如图5所示，第一比较器321和第二比较器322可以使用LM139ADR四通道比较器U3中的两个通道来实现。将标准正交信号中的正弦信号SinAmpl接比较器U3的I IN+引脚，余弦信号SinAmp2接比较器U3的2IN+引脚，从引脚OUTI和0UT2分别输出转换的方波信号SqWaInl和SqWaIn2。
[0056]仍如图3所示，在本发明的又一个优选实施例中，数字信号处理单元330包括捕获模块331、模数转换模块332外部扩展接口 333。捕获模块331的第一输入端接第一比较器321的输出端，捕获模块331的第二输入端接第二比较器322的输出端，用于捕获输入的方波信号的上升沿，计算所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为方波信号的频率值。捕获模块331捕获方波的上升沿之后记下当前的时间值，当下一次捕获到上升沿时也有一个时间值，这两个值的差即为信号的周期，其倒数就是信号频率值。由于旋翼转一圈磁传感器产生32个正弦波，这32个周期的频率一样但幅值略有差别，故幅值的不同会导致方波的频率与原始正交信号的频率有所差别，为了减小这种误差，把得到连续的32个周期频率值进行平均，使计算出的频率值更接近原始正交信号的频率。
[0057]模数转换模块332的第一输入端接第一数字差分放大器311的输出端，模数转换模块332的第二输入端接第二数字差分放大器312的输出端，用于对输入的标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到标准正交信号的频率值。将通过捕获方波信号上升沿获取的方波信号频率值和通过快速傅里叶变换变换得到的标准正交信号的频率值作平均可以更加准确的计算出原始正交信号的频率值。
[0058]外部扩展接口333通过数据线连接高速数模转换单元340，用于向高速数模转换单元340输出原始正交信号的频率值，控制高速数模转换单元340根据直接数字式频率合成原理生成与原始正交信号频率相同的三相交流信号。外部扩展接口 333还可以用于将数字信号处理单元330中存储的数据传递给其他设备，便于实现多传感器的信号资源共享。
[0059]图6为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中数字信号处理单元的电路图。如图6所示，数字信号处理单元330包括一个TMS320F2812芯片U9，波形整形单元320输出的方波信号SqWaInl和SqWaIn2分别接芯片U9的CAP1_QEP1和CAP1_QEP2引脚，信号调理单元310输出的标准正交信号连接到芯片U9中集成的数模转换模块。
[0060]图7为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中高速数模转换单元的电路图。如图7所示，高速数模转换单元340包括一个AD5582YRV芯片U4，芯片U4从数字信号处理单元330中获取原始正交信号的频率值，生成与原始正交信号频率相同的三相交流信号，从芯片U4的V0A、V0B和VOC三个引脚输出。
[0061]图8为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中功率放大单元的电路图。功率放大单元350包括3个PA07功放管，分别用于放大三相交流信号 Sig0utlA、Sig0ut2A 和 Sig0ut3A，并将放大后的最终信号 FinSig0utlA、FinSig0ut2A 和FinSig0ut3A输出给旋翼转速指示表，从而驱动旋翼转速表指示直升机旋翼转速。
[0062]由于直升机机载直流电源的电压可能不满足数字电路中各芯片的需求，因此本发明优选实施例提供的交流信号变换器还包括电源转换单元360。电源转换单元360将机载直流电源转化为交流信号变换器的工作电压为交流信号变换器供电。图9为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器中电源转化单元的电路图。如图9所示，电源转换单元360包括2个YCD50-28S48-AH芯片、I个YND5-24S05-AH芯片、I个YND5-24D05-AH芯片和I个TPS767D318芯片，将机载27V直流电压转化成需要的电压，如5V、3.3V、1.9V等，为交流信号变换器中的数字电路供电。
[0063]本发明实施例提供的数字式变换器采用数字信号处理技术，转速检测、频率计算、三相信号变换、阻抗匹配等均为数字式实现，精度高；数字电路受温度等环境因素影响很小，并且工作一致性好，因此工作可靠性和稳定性较高;通过采用数字电路和大规模集成芯片来实现，设计方案简单，元器件数量大大减少，相比于现有的交流信号变换器，重量约减轻44.3%;系统参数改变和调整灵活，生产工艺简单，产品一致性好;采用目前的通用元器件，采购来源能够得到充分的保证。
[0064]图10为本发明实施例提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法的流程图。如图10所示，本发明实施例提供的用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法包括:[〇〇65]步骤S1010:当直升机旋翼转动时，将磁传感器输出的原始正交信号变换为标准正交信号。原始正交信号包括一个正弦信号和一个余弦信号，二者相位相差90度。原始正交信号中带有干扰，因此将原始正交信号中的干扰去除，得到标准正交信号。[〇〇66]步骤S1020:将标准正交信号变换为方波信号。[〇〇67]步骤S1030:获取标准正交信号的频率值和方波信号的频率值，计算出方波信号的频率值和标准正交信号的频率值的平均值作为原始正交信号的频率值，使计算出的频率值更接近原始正交信号的频率值。[〇〇68]步骤S1040:根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与原始正交信号频率相同三相交流信号。[〇〇69]步骤S1050:对三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的三相交流信号输出至旋翼转速表。步骤S1040中生成的三相交流信号虽然和原始正交信号的频率一致，但是功率不足以直接驱动旋翼转速表，因此将该信号进行功率放大后再输出给旋翼转速指示表。
[0070]优选的，步骤S1010具体为:分别对所述原始正交信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大。现有的交流信号变换方法中通常将正弦信号和余弦信号的各一端均接地，导致去除信号的共模干扰困难，本优选实施例分别对正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，可以有效去除共模干扰。
[0071]优选的，步骤S1020具体为:分别将所述标准正交信号中的正弦信号和余弦信号与 0V电平进行比较，当信号电压值为正时输出3.3V电平，否则输出0V电平。当信号电压值为正时输出电平值也可以根据需要选取其他数值。[〇〇72]优选的，步骤S1030中“获取标准正交信号的频率值和方波信号的频率值”具体包括:
[0073]捕获方波信号的上升沿，计算出所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为方波信号的频率值；[〇〇74]对所述标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到所述标准正交信号的频率值；[〇〇75]步骤S1030中“根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与原始正交信号频率相同三相交流信号”具体为:根据计算出的原始正交信号的频率值，通过直接数字式频率合成原理生成与原始正交信号频率相同的三相交流信号。
[0076]在进行交流信号变换的过程中，可能需要多种工作电压，例如5V、3.3V等，机载直流电源通常无法直接满足要求，因此作为进一步的优选方案，本发明提供的用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法还包括:将机载直流电源转化为需要的电压，为直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换提供工作电压。
[0077]综上所述，本发明提供的一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器和变换方法，与现有技术相比，具有以下有益效果:[〇〇78]1、采用数字信号处理技术，通过数字电路实现转速检测、频率计算、三相信号变换、阻抗匹配等，精度高，受温度等环境因素影响小，并且工作一致性好，提高了交流信号变换器的可靠性和稳定性，解决了模拟式交流信号变换器造成的在旋翼转速指示表某飞行转速区域内指针的小幅抖动现象。
[0079]2、采用数字电路和大规模集成芯片实现交流信号变换器，设计方案简单，相比于现有的模拟式交流信号变换器，元器件数量和整体重量大大降低，并且系统参数改变和调整灵活，生产工艺简单，产品一致性好。
[0080]3、分别对原始正交信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，有效去除信号中的共模干扰，使旋翼转速表指针指示更灵敏。
[0081]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换器，所述旋翼转速指示系统还包括音轮、磁传感器以及旋翼转速表，其特征在于，所述交流信号变换器包括信号调理单元、波形整形单元、数字信号处理单元、高速数模转换单元和功率放大单元； 所述信号调理单元，用于当直升机旋翼转动带动音轮转动时，接收所述磁传感器输出的原始正交信号，将所述原始正交信号变换为标准正交信号输出给所述波形整形单元和所述数字信号处理单元； 所述波形整形单元，用于将所述标准正交信号变换为方波信号输出给所述数字信号处理单元； 所述数字信号处理单元，用于获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值，计算出所述方波信号的频率值和所述标准正交信号的频率值的平均值作为所述原始正交信号的频率值输出给所述高速数模转换单元； 所述高速数模转换单元，用于根据所述数字信号处理单元输出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号输出给所述功率放大单元； 所述功率放大单元，用于对所述三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的所述三相交流信号输出至所述旋翼转速表，从而驱动所述旋翼转速表指示直升机旋翼转速。2.如权利要求1所述的交流信号变换器，其特征在于，所述信号调理单元包括第一数字差分放大器和第二数字差分放大器； 所述第一数字差分放大器的第一输入端接所述原始正交信号中正弦信号的第一端，所述第一数字差分放大器的第二输入端接所述原始正交信号中正弦信号的第二端，所述第一数字差分放大器的输出端分别连接所述波形整形单元和所述数字信号处理单元，用于放大所述正弦信号，并且避免共模干扰； 所述第二数字差分放大器的第一输入端接所述原始正交信号中余弦信号的第一端，所述第二数字差分放大器的第二输入端接所述原始正交信号中余弦信号的第二端，所述第一数字差分放大器的输出端分别连接所述波形整形单元和所述数字信号处理单元，用于放大所述余弦信号，并且避免共模干扰。3.如权利要求2所述的交流信号变换器，其特征在于，所述波形整形单元包括第一比较器和第二比较器； 所述第一比较器的输入端接所述第一数字差分放大器的输出端，所述第一比较器的输出端连接所述数字信号处理单元；当所述第一比较器的输入端接收到的信号电平为正时，所述第一比较器的输出端输出3.3V电平；当所述第一比较器的输入端接收到的信号电平为负时，所述第一比较器的输出端输出OV电平； 所述第二比较器的输入端接所述第二数字差分放大器的输出端，所述第二比较器的输出端连接所述数字信号处理单元；当所述第二比较器的输入端接收到的信号电平为正时，所述第二比较器的输出端输出3.3V电平；当所述第二比较器的输入端接收到的信号电平为负时，所述第二比较器的输出端输出OV电平。4.如权利要求3所述的交流信号变换器，其特征在于，所述数字信号处理单元包括捕获模块、模数转换模块和外部扩展接口 ； 所述捕获模块的第一输入端接所述第一比较器的输出端，所述捕获模块的第二输入端接所述第二比较器的输出端，用于捕获输入的方波信号的上升沿，计算出所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为所述方波信号的频率值； 所述模数转换模块的第一输入端接所述第一数字差分放大器的输出端，所述模数转换模块的第二输入端接所述第二数字差分放大器的输出端，用于对输入的标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到所述标准正交信号的频率值； 所述外部扩展接口通过数据线连接所述高速数模转换单元，用于向所述高速数模转换单元输出所述原始正交信号的频率值，控制所述高速数模转换单元根据直接数字式频率合成原理生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号。5.如权利要求1-4任一项所述的交流信号变换器，其特征在于，所述交流信号变换器还包括电源转换单元，所述电源转换单元，用于将机载直流电源转化为所述交流信号变换器的工作电压为所述交流信号变换器供电。6.—种用于直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换方法，所述旋翼转速指示系统还包括音轮、磁传感器以及旋翼转速表，其特征在于，所述方法包括: 当直升机旋翼转动时，将所述磁传感器输出的原始正交信号变换为标准正交信号； 将所述标准正交信号变换为方波信号； 获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值，计算出所述方波信号的频率值和所述标准正交信号的频率值的平均值作为所述原始正交信号的频率值； 根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号； 对所述三相交流信号进行功率放大，并将功率放大后的所述三相交流信号输出至所述旋翼转速表，从而驱动所述旋翼转速表指示直升机旋翼转速。7.如权利要求6所述的交流信号变换方法，其特征在于，所述将所述磁传感器输出的原始正交信号变换为标准正交信号具体为:分别对所述原始正交信号中的正弦信号和余弦信号的两端进行差分放大，避免共模干扰。8.如权利要求7所述的变换信号变换方法，其特征在于，所述将所述标准正交信号变换为方波信号具体为:分别将所述标准正交信号中的正弦信号和余弦信号与OV电平进行比较，当信号电压值为正时输出3.3V电平，否则输出OV电平。9.如权利要求8所述的交流信号变换方法，其特征在于， 所述获取所述标准正交信号的频率值和所述方波信号的频率值具体包括:捕获所述方波信号的上升沿，计算出所有的相邻两个上升沿的时间差值倒数的平均值作为所述方波信号的频率值;对所述标准正交信号进行模数转换，得到离散电压值，通过快速傅里叶变换得到所述标准正交信号的频率值； 所述根据计算出的原始正交信号的频率值，生成与所述原始正交信号频率相同三相交流信号具体为:根据计算出的所述原始正交信号的频率值，通过直接数字式频率合成原理生成与所述原始正交信号频率相同的三相交流信号。10.如权利要求6-9任一项所述的交流信号变换方法，其特征在于，所述方法还包括: 将机载直流电源转化为需要的电压，为直升机旋翼转速指示系统的交流信号变换提供工作电压。
【文档编号】G05B19/042GK105974839SQ201610408788
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】王首斌
【申请人】中国电子科技集团公司第三十六研究所