一种滑油油位传感器信号模拟电路的制作方法

本发明属于航空发动机试验技术，涉及一种滑油油位传感器信号模拟电路。

背景技术：

1、滑油油位传感器利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量,被广泛应用于航空发动机控制系统的液位测量中。常用的带补偿功能的滑油油位传感器由两个电容传感器组成。其中用作补偿的传感器较短，在使用时完全浸没于滑油中，用于测量的传感器长度较长，保证正常测量使用。

2、在电容式传感器的使用过程中，要特别注意防止寄生电容的干扰。由于电容式传感器本身电容量很小，仅为几皮法至几十皮法，因此传感器受寄生电容干扰的问题非常突出。这个问题解决不好，将导致传感器特性严重不稳，甚至无法工作。在航空发动机数控系统半物理模拟试验中，需用通过仿真信号实现该电容式油位信号的电气模拟，电容式传感器的模拟就存在以下所谓的“电缆寄生电容”问题：

3、1、屏蔽线本身电容量大，最大可达上百皮法/米，最小的也有几皮法/米。由于模拟的电容信号本身电容量仅几十皮法至几百皮法，当屏蔽线较长且其电容与模拟电容相并联时，模拟电容的相对变化量将大大降低。

4、2、由于电缆本身的电容量随放置位置和其形状的改变有很大关系，故将使传感器特性不稳定，严重时有用电容信号将被寄生电容噪声所淹没，以至于无法工作。

5、目前在航空发动机数控系统半物理模拟试验领域，滑油油位传感器模拟器多采用几个固定容值电容组成不同档位，通过手动档位开关选择来进行不同的容值模拟，这种方式无法做到电容无级可调且电容变化速率、实时性等过程不可控；同时由于电缆加工工艺参差不齐，电缆内部的寄生电容往往已经将电路本身的pf级电容模拟值淹没，导致最终无法测量与应用。

6、因此，通过设计电容矩阵并带驱动电缆功能的滑油油位传感器信号模拟电路，实现滑油油位电容模拟软件调节并消除后级电缆寄生电容影响，对数控系统功能和性能的全面、充分验证具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种滑油油位传感器信号模拟电路，能够模拟滑油油位传感器输出的电容信号，消除电缆寄生电容影响，以满足航空发动机半物理模拟试验的需要，从而解决至少一种现有技术中存在的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：一种滑油油位传感器信号模拟电路，包括低通滤波电路、处理单元、继电器驱动及阵列电路、电缆驱动电路和电缆单元，所述低通滤波电路的输出端与所述处理单元的输入端连接，所述处理单元的输出端与所述继电器驱动及阵列电路的输入端连接，所述继电器驱动及阵列电路的输出端与所述电缆驱动电路的输入端连接，所述电缆驱动电路的输出端与所述电缆单元的输入端连接；

3、所述低通滤波电路能够对输入的模拟量控制信号进行滤波并进行比例缩小；

4、所述处理单元能够根据低通滤波电路输出信号与转换关系表，生成继电器控制信号；

5、所述继电器驱动及阵列电路包括继电器驱动单元与继电器阵列，所述继电器驱动单元的输入端连接处理单元，输出端连接继电器阵列，所述继电器驱动单元能够对所述继电器控制信号进行信号隔离与功率放大，所述继电器阵列能够根据继电器驱动单元输出的继电器控制信号，闭合对应的继电器，并联不同电容值的电容组成目标电容；

6、所述电缆驱动电路用于将目标电容通过放大倍数为1的放大器接入双层屏蔽电缆，并通过电缆单元与连接外部测试设备。

7、进一步地，所述低通滤波电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一滤波电容c1、精密运放a1、第四电阻r4以及第二滤波电容c2；

8、所述第一电阻r1的一端连接第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端分别连接所述第三电阻r3的一端、精密运放a1正向输入端以及第一滤波电容c1的一端，所述第三电阻r3的另一端以及所述第一滤波电容c1的另一端连接信号地，所述精密运放a1的负向输入端与输出端连接，所述精密运放a1的输出端连接第四电阻r4的一端，所述第四电阻r4的另一端连接第二滤波电容c2的一端，所述第二滤波电容c2的另一端连接信号地。

9、进一步地，所述继电器驱动单元包括多组继电器驱动支路，所述继电器驱动支路用于对继电器控制信号耦合至继电器阵列的继电器中，所述继电器驱动支路包括数字隔离器与达林顿管，所述数字隔离器的输入端连接处理单元的输出端，所述数字隔离器的输出端连接达林顿管的输入端，所述达林顿管的输出端连接继电器阵列。

10、进一步地，所述继电器阵列包括多个继电器与电容，多个继电器相互并联，每个继电器串联一个电容，多个电容的负端相互连接组成继电器阵列的第一输出端口，多个电容的正端通过继电器连接组成继电器阵列的第二输出端口。

11、进一步地，所述继电器的数量、电容的数量与所述处理单元输出的继电器控制信号的数量相同。

12、进一步地，所述电缆驱动电路能够将继电器阵列的两线制输出端口转换为三线制输出端口，所述电缆驱动电路包括放大器a2，所述继电器阵列的第二输出端口与所述放大器a2的正向输入端连接，所述放大器a2的负向输入端与输出端连接，所述放大器a2的输出端为电缆驱动电路的第三输出端口，所述继电器阵列的第一输出端口连接所述电缆驱动电路的第一输出端口，所述继电器阵列的第二输出端口连接所述电缆驱动电路的第二输出端口。

13、进一步地，所述电缆单元包括信号传输层l1、内层屏蔽电缆l2和外层屏蔽电缆l3，所述信号传输层l1连接电缆驱动电路的第二输出端口，所述内层屏蔽电缆l2连接电缆驱动电路的第三输出端口，所述外层屏蔽电缆l3连接电缆驱动电路的第一输出端口。

14、进一步地，所述处理单元能够将所述低通滤波电路的输出信号转换为数字信号，并通过转换关系表，确定需要模拟的电容值，根据电容值，确定继电器阵列中需要导通的继电器，从而生成对应的继电器控制信号。

15、进一步地，所述目标电容的调节细分度为0.1pf，调节量程为50～1500pf。

16、进一步地，还包括供电电源，所述供电电源用于为各用电模块进行供电。

17、进一步地，所述处理单元数据处理过程包括：

18、通过模数转换器将输入的模拟量转换为数字量；

19、根据处理器内的转换关系表，将数字量线性转换为对应的电容值；

20、通过二进制换算法，计算并生成对应的继电器控制信号。

21、本发明的有益效果：本发明通过处理单元和继电器驱动及阵列电路，实现容值调节，提高了模拟电容的调节精度和调节范围，通过电缆驱动电路有效消除了电缆寄生电容干扰带来的影响，提高了电容信号传输的稳定性和精确性。

技术特征：

1.一种滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，包括低通滤波电路（1）、处理单元（2）、继电器驱动及阵列电路（3）、电缆驱动电路（4）和电缆单元（6），所述低通滤波电路（1）的输出端与所述处理单元（2）的输入端连接，所述处理单元（2）的输出端与所述继电器驱动及阵列电路（3）的输入端连接，所述继电器驱动及阵列电路（3）的输出端与所述电缆驱动电路（4）的输入端连接，所述电缆驱动电路（4）的输出端与所述电缆单元（6）的输入端连接；

2.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述低通滤波电路（1）包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一滤波电容c1、精密运放a1、第四电阻r4以及第二滤波电容c2；

3.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述继电器驱动单元包括多组继电器驱动支路，所述继电器驱动支路用于对继电器控制信号耦合至继电器阵列的继电器中，所述继电器驱动支路包括数字隔离器与达林顿管，所述数字隔离器的输入端连接处理单元（2）的输出端，所述数字隔离器的输出端连接达林顿管的输入端，所述达林顿管的输出端连接继电器阵列。

4.如权利要求3所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述继电器阵列包括多个继电器与电容，多个继电器相互并联，每个继电器串联一个电容，多个电容的负端相互连接组成继电器阵列的第一输出端口，多个电容的正端通过继电器连接组成继电器阵列的第二输出端口。

5.如权利要求4所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述继电器的数量、电容的数量与所述处理单元输出的继电器控制信号的数量相同。

6.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述电缆驱动电路（4）能够将继电器阵列的两线制输出端口转换为三线制输出端口，所述电缆驱动电路（4）包括放大器a2，所述继电器阵列的第二输出端口与所述放大器a2的正向输入端连接，所述放大器a2的负向输入端与输出端连接，所述放大器a2的输出端为电缆驱动电路（4）的第三输出端口，所述继电器阵列的第一输出端口连接所述电缆驱动电路（4）的第一输出端口，所述继电器阵列的第二输出端口连接所述电缆驱动电路（4）的第二输出端口。

7.如权利要求6所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述电缆单元（6）包括信号传输层l1、内层屏蔽电缆l2和外层屏蔽电缆l3，所述信号传输层l1连接电缆驱动电路（4）的第二输出端口，所述内层屏蔽电缆l2连接电缆驱动电路（4）的第三输出端口，所述外层屏蔽电缆l3连接电缆驱动电路（4）的第一输出端口。

8.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述处理单元（2）能够将所述低通滤波电路（1）的输出信号转换为数字信号，并通过转换关系表，确定需要模拟的电容值，根据电容值，确定继电器阵列中需要导通的继电器，从而生成对应的继电器控制信号。

9.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述目标电容的调节细分度为0.1pf，调节量程为50～1500pf。

10.如权利要求1所述的滑油油位传感器信号模拟电路，其特征在于，所述处理单元数据处理过程包括：

技术总结
本发明属于航空发动机试验技术，涉及一种滑油油位传感器信号模拟电路。包括低通滤波电路、处理单元、继电器驱动及阵列电路、电缆驱动电路和电缆单元，继电器驱动及阵列电路包括继电器驱动单元与继电器阵列，继电器驱动单元的输入端连接处理单元，输出端连接继电器阵列，继电器驱动单元能够对继电器控制信号进行信号隔离与功率放大，继电器阵列能够根据继电器驱动单元输出的继电器控制信号，闭合对应的继电器，并联不同电容值的电容组成目标电容。本发明通过处理单元和继电器驱动及阵列电路，实现容值调节，提高了模拟电容的调节精度和调节范围，通过电缆驱动电路有效消除了电缆寄生电容干扰带来的影响，提高了电容信号传输的稳定性和精确性。

技术研发人员：毛云峰,钱俊逸,李明,徐贺,徐嘉阳
受保护的技术使用者：中国航发控制系统研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15