一种基于电容式油量传感器的油量动态检测方法与流程

1.本发明属于监测及控制领域，涉及机载油量监测技术，具体为一种基于电容式油量传感器的油量动态检测方法，可以应用于航空燃油量或滑油量的监测。


背景技术：

2.航空燃油量和/或滑油量的准确采集，一般是采用电容式传感器，其能够方便地将液位量转变为电容量，实现对液位的监测和控制。例如，在航空发动机状态监测和控制中，燃油液位的监测，可以为发动机控制系统和飞机系统提供精确的燃油量信息以及超限告警信息，其关系着发动机的正确控制和飞行安全；同时，油量多少还会影响驾驶员的飞机或战术决策，航空燃油量和/或滑油量的准确监测对于航空领域具有重要意义。
3.目前，电容式油量传感器多采用传统的滤波校准方法，包括硬件滤波和软件低通滤波，通过利用油箱内部采集温度等环境参数，综合校准以实现油量的准确检测。例如已公开专利cn112325980a，提供的“自平衡交流电桥电容式油量传感器采集装置及方法”，其主要原理为调制解调和自平衡交流电桥技术，能够较为精确的实现电容信号调理和采集。但是其存在仅适用硬件处理方法滤波和调制解调，没有适用灵活强大的软件功能来提高系统的抗干扰能力弱和采集精度低。因此，需要一种软件实现的、灵活配置、动态调整的滤波和校准方法，从而进行航空燃油量或滑油量的监测。


技术实现要素：

4.针对现有的电容式油量传感器采集系统存在的抗干扰性差、精度偏低的问题，本发明设计了一种基于电容式油量传感器的油量动态检测方法，该方法利用错误数据剔除、低通滤波减弱采集的电容值中的干扰信号；利用双电容传感器，以抑制油品质的变化对电容值的影响，进而消除温度、介电常数对油量监测的影响；利用数据插值表对双电容值进行查表，校准油量检测值，以提高油量计算精度，用于克服电容信号采集精度较低、抗干扰性差的缺点。
5.实现发明目的的技术方案如下：一种基于电容式油量传感器的油量动态检测方法，采用补偿电容传感器和测量电容传感器进行油量动态检测，油量动态检测方法包括以下步骤：
6.s1、系统初始化时，获取补偿电容初始值c1、测量电容初始值c2；
7.s2、系统初始化完成后，采集补偿电容值ccomp、测量电容值cmeas；
8.s3、对补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas进行异常值剔除处理及一阶低通滤波处理；
9.s4、基于处理后补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas，并依据无量纲公式将测量电容值cmeas转化为无量纲油量oil＿q；
10.s5、根据标定的无量纲油量－实际油量数据表，将无量纲油量oil＿q转化为油箱实际油量值；
11.s6、重复步骤s2至s5，对油箱油量进行实时动态监测。
12.在一个实施例中，所述补偿电容初始值c1和所述测量电容初始值c2均为油箱放空油后采集的电容值。
13.在一个改进实施例中，所述补偿电容初始值c1包括初始电容值cca、初始电容值cce，其中cca表示油箱的油腔无油且处于真空时，补偿电容传感器的有效电容值；cce表示油箱的油腔无油且充满空气时，补偿电容传感器的有效电容值；
14.所述测量电容初始值c2包括初始电容值；ctua、初始电容值ctue，其中ctua表示油箱的油腔无油且处于真空时，测量电容传感器测得的电容值；ctue表示油箱的油腔无油且充满空气时，测量电容传感器测得的电容值。
15.在一个实施例中，步骤s4中，无量纲公式为其中，cca表示油箱的油腔无油且处于真空时，补偿电容传感器的有效电容值；cce表示油箱的油腔无油且充满空气时，补偿电容传感器的有效电容值；ccomp为油量监测时，补偿电容传感器测得的电容值；cmeas为油量监测时，测量电容传感器测得的电容值；ctua表示油箱的油腔无油且处于真空时，测量电容传感器测得的电容值；ctue表示油箱的油腔无油且充满空气时，测量电容传感器测得的电容值；oil＿q表示无量纲油量。
16.在一个实施例中，异常值剔除处理的方法为：当补偿电容值ccomp小于补偿电容初始值c1时剔除，当测量电容值cmeas小于测量电容初始值c2时剔除。
17.在一个实施例中，所述补偿电容传感器与所述测量电容传感器均设置在油箱内，且所述补偿电容传感器与所述测量电容传感器并联在控制器上。
18.在上述实施例的一个改进实施例中，所述补偿电容传感器与油箱底部之间的距离a小于所述测量电容传感器与油箱底部之间的距离b。
19.在一个实施例中，所述补偿电容值ccomp和所述测量电容值cmeas均采用周期性测量方法进行测量。
20.在一个实施例中，步骤s5中，根据标定的无量纲油量－实际油量数据表，将无量纲油量oil＿q转化为油箱实际油量值前，还采用一阶低通滤波方法对无量纲油量oil＿q进行滤波处理。
21.在一个改进实施例中，步骤s3中一阶低通滤波处理的滤波系数为α，步骤s5中一阶低通滤波处理的滤波系数为β。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的油量动态检测方法，第一方面，能够对采集到的电容值，进行错误数据剔除和低通滤波减少在供电电压出现突变时引起的干扰，且设置的补偿电容初始值c1和测量电容初始值c2可以加快使滤波后的信号达到稳定的过程；第二方面，通过双电容传感器的电容值计算无量纲油量和低通滤波处理，抑制了油品质的变化对电容值的影响，进而消除温度、介电常数对油量监测的影响；第三方面，利用数据插值表对无量纲油量进行查表，可以校准油量检测值，以提高油量计算精度，用于克服电容信号采集精度较低、抗干扰性差的缺点。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为具体实施方式中基于电容式油量传感器的测量装置的示意图；
25.图2为具体实施方式中基于电容式油量传感器的油量动态检测方法的流程图；
26.其中，1.补偿电容传感器；2.测量电容传感器；3.油箱。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
28.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.本具体实施方式提供了一种基于电容式油量传感器的油量动态检测方法，其采用补偿电容传感器和测量电容传感器进行油量动态检测。
31.本发明中首先对动态测量油箱内油量的测量装置进行设计，设计双电容结构对油量进行准确测量，参见图1所示，双电容结构包括补偿电容传感器1、测量电容传感器2，其中补偿电容传感器1与所述测量电容传感器2均设置在油箱3内，且所述补偿电容传感器1与所述测量电容传感器2并联在控制器(附图未画出)上，双传感器结构的设计能够抑制油品质的变化对电容值的影响，进而消除温度、介电常数对油量监测的影响。
32.在测量装置的实施例中，补偿电容传感器1与测量电容传感器2可以采用参见图1中所示的上下位置关系进行放置，也可以采用左右位置关系进行放置，不管采用那种方式进行布置，其都需要满足所述补偿电容传感器1与油箱3底部之间的距离a小于所述测量电容传感器2与油箱2底部之间的距离b。
33.同时，补偿电容传感器1的测量值也可以作为油箱内油量需要补充的预警，即当补偿电容传感器1完全浸没在油液中时，其测量值稳定不变；当补偿电容传感器1逐渐外漏出油液面时，此时补偿电容传感器1的测量值不断的减少，当其减小时，可以通过现有的设置报警器的方式进行报警警示。
34.再者，为了避免出现油箱内油被完全用完的情况，本具体实施方式中，补偿电容传
感器1的底部与油箱2底部之间设有间距。
35.参见图2所示，本具体实施方式设计的油量动态检测方法包括以下步骤：
36.s1、系统初始化时，获取补偿电容初始值c1、测量电容初始值c2。
37.本步骤中，所述补偿电容初始值c1和所述测量电容初始值c2均为油箱放空油后采集的电容值。
38.在一个改进的实施例中，所述补偿电容初始值c1包括初始电容值cca、初始电容值cce，其中cca表示油箱的油腔无油且处于真空时，补偿电容传感器的有效电容值；cce表示油箱的油腔无油且充满空气时，补偿电容传感器的有效电容值；
39.所述测量电容初始值c2包括初始电容值；ctua、初始电容值ctue，其中ctua表示油箱的油腔无油且处于真空时，测量电容传感器测得的电容值；ctue表示油箱的油腔无油且充满空气时，测量电容传感器测得的电容值。
40.s2、系统初始化完成后，采集补偿电容值ccomp、测量电容值cmeas。
41.本步骤中，所述补偿电容值ccomp和所述测量电容值cmeas均采用周期性测量方法进行测量。
42.s3、对补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas进行异常值剔除处理及一阶低通滤波处理。
43.本步骤中，异常值剔除处理的方法为：当补偿电容值ccomp小于补偿电容初始值c1时剔除，当测量电容值cmeas小于测量电容初始值c2时剔除。
44.在剔除补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas的异常值后，其采集值维持上一拍采集的数值，剔除异常值能够将上电后供电电压突变引起得异常干扰；一阶低通滤波用于供电电压稳定时的随机干扰。
45.在本步骤中，补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas的异常值剔除后，还需要用一阶低通滤波处理方法进行滤波处理，以滤去电容值的随机干扰信号，本步骤中一阶低通滤波处理的滤波系数为α。
46.s4、基于处理后补偿电容值ccomp和测量电容值cmeas，并依据无量纲公式将测量电容值cmeas转化为无量纲油量oil＿q。
47.本步骤中，测量电容值cmeas转化为无量纲油量oil＿q都是在补偿电容传感器1完全浸没在油箱内油液的情况下进行测量的。当补偿电容传感器1出现外漏情况时，此时说明油箱3内油量较少，需要补充油量，其可以通过现有通用的方法进行报警预警处理。
48.在本步骤中，无量纲公式为其中，cca表示油箱的油腔无油且处于真空时，补偿电容传感器的有效电容值；cce表示油箱的油腔无油且充满空气时，补偿电容传感器的有效电容值；ccomp为油量监测时，补偿电容传感器测得的电容值；cmeas为油量监测时，测量电容传感器测得的电容值；ctua表示油箱的油腔无油且处于真空时，测量电容传感器测得的电容值；ctue表示油箱的油腔无油且充满空气时，测量电容传感器测得的电容值；oil＿q表示无量纲油量。
49.s5、根据标定的无量纲油量－实际油量数据表，将无量纲油量oil＿q转化为油箱实际油量值。
50.本步骤中，无量纲油量－实际油量数据表的标定方法为：对油箱3采用实物数据进行标定获得，标定方法如下：
51.首先，放空油箱3内的油(即当流出油箱3的油在5分钟时不多于1滴时，则认为油已放空)；
52.其次，分别测量油箱3放空油之后的补偿电容传感器1和测量电容传感器2的电容值，并计算油箱3无量纲油量oil＿q，当油箱3放空时，此时无量纲油量oil＿q为零；
53.再次，向油箱3加注0.3夸脱油，测量并记录补偿电容传感器1和测量电容传感器2当电容值，计算无量纲的油量oil＿q；
54.然后，每次向油箱再加注0.3夸脱油，测量并记录补偿电容传感器1和测量电容传感器2的电容值，计算无量纲的油量oil＿q，直到油箱加满为止；
55.最后，利用实际加入的滑油量，建立起无量纲的油量oil＿q和实际油量之间的关系，获得无量纲油量－实际油量数据表(也可以称之为数据插值表)。
56.s6、重复步骤s2至s5，对油箱油量进行实时动态监测。
57.在油量动态检测方法的一个改进实施例中，为了减少该公式中双变量对计算结果造成的抖动，提高测量精度，在将无量纲油量oil＿q转化为油箱实际油量值前，还采用一阶低通滤波方法对无量纲油量oil＿q进行滤波处理。更具体的，一阶低通滤波处理的滤波系数为β。
58.本发明设计的油量动态检测方法，第一方面，能够对采集到的电容值，进行错误数据剔除和低通滤波减少在供电电压出现突变时引起的干扰，且设置的补偿电容初始值c1和测量电容初始值c2可以加快使滤波后的信号达到稳定的过程；第二方面，通过双电容传感器的电容值计算无量纲油量和低通滤波处理，抑制了油品质的变化对电容值的影响，进而消除温度、介电常数对油量监测的影响；第三方面，利用数据插值表对无量纲油量进行查表，可以校准油量检测值，以提高油量计算精度，用于克服电容信号采集精度较低、抗干扰性差的缺点。
59.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
60.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。