一种改进型发动机燃油流量传感器信号采集电路的制作方法

本发明一种改进型发动机燃油流量传感器信号采集电路属于航空发动机燃油流量采集技术领域。

背景技术：

在飞机的所有飞行阶段，都应能够可靠地连续不断地向动力装置输送燃油。在实际工作中，需要对发动机的燃油流量进行监控，燃油精确计量，准确控制是为了使发动机运转有效而稳定，是飞机安全飞行的重要保障。

为了能够准确地进行燃油流量故障检测和诊断，对燃油流量信号进行精确采集是上述工作的基础。燃油流量信号具有一定的特性，因此需要通过一种燃油流量信号采集电路进行采集。

技术实现要素：

本发明的目的：在于提出了一种基于VHDL建模的双D触发器的流量信号调理电路，该调理电路对脉冲信号进行整形并通过滞回比较电路调理成方波信号，随后将信号调理为含有输入信号周期及相位差的方波信号，最后通过FPGA与CPU进行采集，该电路表明设计有较高的测试精度，并在理论上可以用于相位检测电路。

本发明的技术方案：一种改进型发动机燃油流量信号采集电路，流量传感器信号传输给传感器信号调理电路，所述信号采集电路包括传感器信号调理电路、数字调理电路、数字处理电路；

传感器信号调理电路的功能：对流量传感器两路信号进行EMI防护，再对经EMI防护的流量传感器的信号依次进行带通滤波、限幅，差分放大，将差分放大后的流量传感器信号输入到数字调理电路；传感器信号调理电路通过其中1路信号还能够实现对流量传感器信号的开路检测处理；

数字调理电路的功能：将流量传感器两路信号通过滞回比较器转换成两路方波信号，将该两路方波信号再分别通过D触发器，转换成1路频率信号；

数字处理电路的功能：FPGA或CPU采集频率信号的频率和占空比，计算出燃油流量，同时FPGA或CPU采集开路检测电路输出信号状态，对信号采集电路进行开路检测状态判断；

传感器信号调理电路将调理好的信号传送给数字调理电路，再将数字调理电路调理后的信号传输给数字处理电路。

所述EMI防护电路是由电感和电容组成的L型EMI滤波器。

差分放大器前端的二极管的钳位为±0.7V，直流偏置为2.5V，且差分信号放大倍数配置为3倍，放大后Ui变化范围为0.4V～4.6V。

使用VHDL对双D触发器进行建模，调理为具有两路输入信号周期及相位差的方波信号。

CPU对FPGA采集数据进行读取，计算出相位差。

使用开路检测电路，所述开路检测电路为OC门输出。

本发明的优点：

1.EMI防护电路是一个L形LC低通滤波电路，目的是消除传导和辐射噪声；为满足EMI防护需求，根据需要防护的频率范围选择合适的折转频率使频率范围外的噪声衰减。

2燃油通过流量传感器，驱动鼓轮和叶轮旋转，输出频率一致，相位存在偏差的两路信号后进入滞回比较器，避免了源于输入信号或者外部干扰而造成输出电压的跃变。

3.使用VHDL语言对双D触发器电路进行建模，检测到鼓轮、叶轮之间的时间差，再结合脉冲频率，就可以计算出二者的相位差。使用对器件编程的方法能够更加灵活的进行编程，功能强大且操作简便。

附图说明

图1是燃油流量信号处理工作原理图；

图2流量传感器信号特征；

图3是燃油流量传感器的功能原理图；

图4是滞回比较电路原理框图；

图5是滞回比较电路波形；

图6是双D触发器电路图；

图7是开路检测电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种改进型发动机燃油流量信号采集电路，流量传感器信号传输给传感器信号调理电路，所述信号采集电路包括传感器信号调理电路、数字调理电路、数字处理电路；

传感器信号调理电路的功能：对流量传感器两路信号进行EMI防护，再对经EMI防护的流量传感器的信号依次进行带通滤波、限幅，差分放大，将差分放大后的流量传感器信号输入到数字调理电路；传感器信号调理电路通过其中1路信号还能够实现对流量传感器信号的开路检测处理；

数字调理电路的功能：将流量传感器两路信号通过滞回比较器转换成两路方波信号，将该两路方波信号再分别通过D触发器，转换成1路频率信号；

数字处理电路的功能：FPGA或CPU采集频率信号的频率和占空比，计算出燃油流量，同时FPGA或CPU采集开路检测电路输出信号状态，对信号采集电路进行开路检测状态判断；

传感器信号调理电路将调理好的信号传送给数字调理电路，再将数字调理电路调理后的信号传输给数字处理电路。

所述EMI防护电路是由电感和电容组成的L型EMI滤波器。

差分放大器前端的二极管的钳位为±0.7V，直流偏置为2.5V，且差分信号放大倍数配置为3倍，放大后Ui变化范围为0.4V～4.6V。

使用VHDL对双D触发器进行建模，调理为具有两路输入信号周期及相位差的方波信号。

CPU对FPGA采集数据进行读取，计算出相位差。

使用开路检测电路，所述开路检测电路为OC门输出。

本发明一种改进型发动机燃油流量信号采集电路，具体工作过程如下：

步骤1：燃油通过流量传感器，驱动鼓轮(DRUM)和叶轮(IMPELLER)旋转，旋转时，叶轮与鼓轮转速一致，但旋转相位存在偏差，流量越大，偏差越大。在鼓轮和叶轮上都安装了磁铁(MAGNET)，在旋转到传感器线圈(PICKOFF COIL)位置时会感应出脉冲，检测鼓轮、叶轮脉冲之间的时间差，再结合脉冲频率，就可以计算出二者的相位差，该差值与流量成比例关系。

步骤2：根据流量传感器输出的脉冲信号，通过流量传感器处理信号转换成钳位(±0.7V)及直流偏置2.5V，且差分信号放大倍数配置为3倍，因此放大后Ui变化范围为(2.5V-2.1V～2.5V+2.1V)，即0.4V～4.6V

步骤3：将调整后的信号通过滞回比较电路，避免了进入滞回比较电路在比较值临界状态上下波动时而导致的输出不稳定；

步骤4：将滞回比较电路输出的两路方波信号，分别接入到双D触发器的时钟输入接口，输出的flow_out信号能够解算出两个输入方波信号的周期及相位差时间值；

步骤5：输出的flow_out信号通过CPU或者FPGA计算出流量传感器输出的两个正弦脉冲信号的相位差。

本发明已经进行过半物理测试，已经经过功能以及部分性能的测试、验证，具有一定的技术成熟度。