專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，屬于信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于航空用發(fā)動(dòng)機(jī)而言，傳感器信號(hào)是一個(gè)極其重要的監(jiān)控參數(shù)，不僅反映了 系統(tǒng)的工作狀態(tài)而且也決定了其他性能參數(shù)。對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制起著極其重要的 作用，轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性直接影響著系統(tǒng)的控制精度及其安全性能。常用的 用于轉(zhuǎn)速測(cè)量的傳感器有霍爾式傳感器、光電式傳感器以及磁電式傳感器。光電式傳 感器或磁電式傳感器在測(cè)量高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，易受機(jī)體振動(dòng)的影響，可靠性 較差。使用永久磁鐵作為感應(yīng)元件的霍爾式傳感器雖然其反應(yīng)速度快、信號(hào)易處理， 伹是傳感器有效感應(yīng)距離過(guò)短，而且溫度穩(wěn)定性差。對(duì)于微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn) 速高達(dá)十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，而且環(huán)境溫度高，振動(dòng)劇烈，對(duì)可靠性要求高，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已 經(jīng)很難滿(mǎn)足要求。 發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)一種采用磁阻式傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置使用磁阻式傳感器作為測(cè)量 轉(zhuǎn)速傳感器，并通過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路，將傳感器在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的微小信號(hào) 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最終達(dá)到測(cè)量轉(zhuǎn)速的目的。由于磁阻式傳感器的應(yīng)用，不但使傳感 器的有效感應(yīng)距離得到大幅提高，而且體積小，可靠性高。
本發(fā)明公布的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，包括永久磁鐵、磁阻 式傳感器以及轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路三部分。磁阻式傳感器的輸出信號(hào)首先進(jìn)入轉(zhuǎn)速信號(hào) 處理電路的差分放大部分，經(jīng)過(guò)差分放大之后,輸出到轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路的整形部分， 經(jīng)過(guò)滯回比較器整形之后，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其所用的磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器固定 于微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)導(dǎo)流罩外一側(cè)，為磁阻式傳感器提供交變磁場(chǎng)的兩個(gè)永久 磁鐵對(duì)稱(chēng)安裝于壓氣機(jī)葉輪端渦輪軸螺母上，并保證極性相反，并保證磁阻式傳感器
與永久磁鐵處于垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸的同一豎直平面內(nèi)。
所述的微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置,其轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路部分由差分 放大電路和整形電路構(gòu)成。傳感器信號(hào)輸出至差分放大電路，經(jīng)差分放大后的信號(hào)輸 出至整形電路部分，經(jīng)過(guò)滯回比較器整形之后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍寬本發(fā)明的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置最高可測(cè)轉(zhuǎn)速髙達(dá)每分鐘幾十萬(wàn) 轉(zhuǎn)，并能可靠保證在此高轉(zhuǎn)速情況下測(cè)量的精確性。
(2) 測(cè)量距離遠(yuǎn)本發(fā)明的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置其中磁阻式傳感器感應(yīng)距離可達(dá)6cm, 并能可靠保證在此距離下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的精確測(cè)量。
(3) 體積小本發(fā)明的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置所使用磁阻傳感器大小為長(zhǎng)寬僅5mm， 高僅為2mm的長(zhǎng)方體，永久磁鐵同樣具有體積小的特點(diǎn)，再加上轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使本發(fā)明轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置具有較小體積，為發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部件的設(shè)計(jì)提供了 更大空間。
(4) 重量輕本發(fā)明所涉及的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置所使用磁阻式傳感器重量?jī)H有幾克， 同時(shí)有效地利用了發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)有部件，減小了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的總質(zhì)量。
(5) 可靠性高磁阻式傳感器的可靠性高。而且隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電 子器件的可靠性越來(lái)越高，同時(shí)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路，使得本發(fā)明的可靠性要高 于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。
(6) 成本低本發(fā)明所涉及的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，盡可能的使用發(fā)動(dòng)機(jī)已有機(jī)械部 件，并大量采用電子器件，有效地降低了整個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的成本。


圖l是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明用傳感器以及永久磁鐵的安裝圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路原理圖4是本發(fā)明轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)處理波形圖。 圖中 1.永久磁鐵 2.磁阻式傳感器
3.轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路 4.差分放大電路 5.滯回比較電路
6.壓氣機(jī)葉輪端渦輪軸螺母7.發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)導(dǎo)流罩 8.渦輪軸
9.磁阻式傳感器橋路
12.第三運(yùn)算放大器
15.第三電阻
18.第六電阻
21.傳感器橋路輸出信號(hào)
10.第一運(yùn)算放大器
ll.第二運(yùn)算放大器
13.第一電阻 16.第四電阻 19.第七電阻 22.放大信號(hào)
23滯回比較閥值信號(hào)
14.第二電阻 17.第五電阻 20.第八電阻
24.輸出信號(hào)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的主體部分由永久 磁鐵1、磁阻式傳感器2以及轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路3構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路3 由差分放大電路4和滯回比較電路5構(gòu)成。
安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的磁阻式傳感器2其內(nèi)部是由鐵磁合金構(gòu)成的電阻器組成的惠 斯通電橋，上電后，磁阻式傳感器2內(nèi)部的磁阻式傳感器橋路9中有電流流過(guò)，隨 著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的永久磁鐵1產(chǎn)生一個(gè)垂直于磁阻式傳感器橋路9中電流 方向的交變磁場(chǎng)，使得組成磁阻式傳感器橋路9的電阻器阻值發(fā)生變化，從而產(chǎn)生 并輸出一對(duì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化而發(fā)生變化的差分信號(hào)Vo+和Vo-;該對(duì)差分信號(hào) Vo+和Vo-送入轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路3后，首先進(jìn)入差分放大電路4，信號(hào)Vo+先經(jīng)第 一運(yùn)算放大器IO作同相放大處理，其輸出電壓與信號(hào)Vo-共同作用于第二運(yùn)算放大 器11的反相輸入端構(gòu)成加減運(yùn)算電路，完成差分放大處理。之后差分放大電路4的 輸出信號(hào)進(jìn)入滯回比較電路5，在滯回比較閥值信號(hào)23的作用下轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖形 式的輸出信號(hào)24，以加寬電路的穩(wěn)定范圍，提高電路的抗干擾性能，防止信號(hào)在一 般比較電路中由于微弱干擾造成頻繁切換而導(dǎo)致輸出波形錯(cuò)誤。
如圖2所示，是本發(fā)明用磁阻式傳感器2以及永久磁鐵1的安裝圖。兩顆圓柱 形永久磁鐵1，磁極相對(duì)，對(duì)稱(chēng)安裝于壓氣機(jī)葉輪端渦輪軸螺母6上，磁阻式傳感器 2固定于微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)導(dǎo)流罩7外一側(cè),并使磁阻式傳感器2與永久磁鐵 1處于垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)中心渦輪軸8的同一豎直平面內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝于壓氣 機(jī)葉輪端渦輪軸螺母6上的永久磁鐵1跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，磁阻 式傳感器2受交變磁場(chǎng)作用，生成感應(yīng)信號(hào)。
如圖3所示，是本發(fā)明轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路原理圖。該轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路3由差 分放大電路4和滯回比較電路5構(gòu)成，其中的差分放大電路4由第一運(yùn)算放大器10、 第二運(yùn)算放大器ll、第一電阻13、第二電阻14、第三電阻15、第四電阻16以及 第八電阻20構(gòu)成，滯回比較電路5由第三運(yùn)算放大器12、第五電阻17、第六電阻 18以及第七電阻19構(gòu)成。磁阻式傳感器橋路9正相輸出端Vo+分別與第一運(yùn)算放 大器10、第二運(yùn)算放大器11的正向輸入端相連接，第一運(yùn)箅放大器10的負(fù)相輸入 端通過(guò)第一電阻13與地相連，第二電阻14兩端分別與第一運(yùn)算放大器10的負(fù)相 輸入端以及輸出端相連接，形成負(fù)反饋回路。對(duì)于第二運(yùn)算放大器11,其正相輸入 端與磁阻式傳感器橋路9正相輸出端Vo+相連接，其負(fù)相輸入端分別通過(guò)第八電阻 20、第三電阻15與磁阻式傳感器橋路9的負(fù)相輸出端Vo-和第一運(yùn)箅放大器10的 輸出端相連接，第四電阻16兩端分別連接第二運(yùn)算放大器11的負(fù)相輸入端以及輸 出端，構(gòu)成負(fù)反饋回路。
差分放大電路4中第一運(yùn)算放大器10對(duì)磁阻式傳感器橋路7所產(chǎn)生的信號(hào)￥0+ 進(jìn)行正相放大,其輸出信號(hào)與磁阻式傳感器橋路9另一輸出信號(hào)Vo-共同作用于第二 運(yùn)算放大器11的負(fù)相輸入端，信號(hào)Vo+則作用于第二運(yùn)算放大器11的正相輸入端， 構(gòu)成加減運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻式傳感器橋路9所生成信號(hào)的差分放大功能。
如圖3所示，第三運(yùn)算放大器12、第五電阻17、第六電阻18以及第七電阻 19構(gòu)成滯回比較電路5。磁阻式傳感器2信號(hào)經(jīng)過(guò)差分放大電路4進(jìn)行差分放大之 后，由第二運(yùn)算放大器11輸出端送出，進(jìn)入滯回比較電路5。第三運(yùn)算放大器12 的負(fù)相輸入端接第二運(yùn)算放大器11輸出端，第五電阻17 —端接第三運(yùn)算放大器12 正相輸入端， 一端接地，第六電阻18—端接第三運(yùn)算放大器12輸出端， 一端接第 三運(yùn)算放大器12正相輸入端，構(gòu)成反饋回路，第七電阻19一端接+5V電源， 一端 接第三運(yùn)算放大器12正相輸入端。
滯回比較電路5中的第三運(yùn)算放大器12的負(fù)相輸入端接受來(lái)自接差分放大電路 4的輸出信號(hào)，作為滯回比較電路5的輸入信號(hào),第三運(yùn)算放大器12的正相輸入端則 在由第六電阻18構(gòu)成的反饋回路作用下，為滯回比較電路5提供滯回比較閥值信號(hào) 23，在該滯回比較閩值信號(hào)23作用下，滯回比較電路5的輸入信號(hào)最終轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字 脈沖形式的輸出信號(hào)24。
如圖4所示，是本發(fā)明轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)處理波形圖。在交變磁場(chǎng)作用下，傳感器 橋路9輸出峰值為50mv近似正弦信號(hào)的傳感器橋路輸出信號(hào)21 ，經(jīng)過(guò)差分放大電 路4之后，信號(hào)轉(zhuǎn)化為峰峰值為5V近似正弦信號(hào)的差分放大信號(hào)22,再輸入滯回 比較電路5負(fù)相輸入端。滯回比較電路5的滯回比較閥值信號(hào)23的比較電平閥值包 括一個(gè)2.4V的低閥值和一個(gè)2.6V的高閥值，即當(dāng)輸入信號(hào)高于2.6V高閥值時(shí)， 滯回比較電路將輸出低電平信號(hào)；直到輸入信號(hào)低于2.4V低閥值時(shí)，滯回比較電路 5輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平信號(hào)，最終完成對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的處理，得到數(shù)字脈沖 形式的輸出信號(hào)24。
權(quán)利要求
1. 一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，該裝置包括永久磁鐵，其特征在于，該裝置還包括磁阻式傳感器和轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路；磁阻式傳感器(2)固定于微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)導(dǎo)流罩外一側(cè)，并使磁阻式傳感器(2)與永久磁鐵(1)處于垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸的同一豎直平面內(nèi)，在永久磁鐵(1)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用下，磁阻式傳感器(2)內(nèi)部的磁阻式傳感器橋路(9)產(chǎn)生并輸出一對(duì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化而發(fā)生變化的差分信號(hào)Vo+和Vo-；該對(duì)差分信號(hào)Vo+和Vo-進(jìn)入轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路(3)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路(3)的處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖形式的輸出信號(hào)(24)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在 于，所述的轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路(3)由差分放大電路(4)和滯回比較電路(5) 構(gòu)成；差分信號(hào)Vo+和Vo-送入轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路(3)后，首先進(jìn)入差分放大電 路(4)，完成差分放大處理之后，差分放大電路(4)的輸出信號(hào)進(jìn)入滯回比較 電路(5)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖形式的輸出信號(hào)(24);其中，差分放大電路(4)由第一運(yùn)算放大器(10)、第二運(yùn)算放大器(11)、 第一電阻(13)、第二電阻(14)、第三電阻(15)、第四電阻(16)以及第八 電阻(20)構(gòu)成；磁阻式傳感器橋路(9)正相輸出端Vo+分別與第一運(yùn)算放大 器(10)、第二運(yùn)算放大器(11)的正向輸入端相連接，第一運(yùn)算放大器(10) 的負(fù)相輸入端通過(guò)第一電阻(13)與地相連，第二電阻(14)兩端分別與第一 運(yùn)算放大器(10)的負(fù)相輸入端以及輸出端相連接，形成負(fù)反饋回路；對(duì)于第二 運(yùn)算放大器(11)，其正相輸入端與磁阻式傳感器橋路(9)正相輸出端Vo+相 連接，其負(fù)相輸入端分別通過(guò)第八電阻(20)、第三電阻(13)與磁阻式傳感器 橋路(9)的負(fù)相輸出端Vo-和第一運(yùn)算放大器(10)的輸出端相連接，第四電 阻(16)兩端分別連接第二運(yùn)算放大器(11)的負(fù)相輸入端以及輸出端，構(gòu)成 負(fù)反饋回路；其中，滯回比較電路(5)由第三運(yùn)算放大器(12)、第五電阻(17)以及第 六電阻(18)構(gòu)成；磁阻式傳感器(2)信號(hào)經(jīng)過(guò)差分放大電路(4)進(jìn)行差分 放大之后，由第二運(yùn)算放大器(11)輸出端送出，進(jìn)入滯回比較電路(5);第三 運(yùn)算放大器(12)的負(fù)相輸入端接第二運(yùn)算放大器(11)輸出端，第五電阻(17) 一端接第三運(yùn)算放大器(12)正相輸入端， 一端接地，第六電阻(18) —端接 第三運(yùn)算放大器(12)輸出端， 一端接第三運(yùn)算放大器(12)正相輸入端，構(gòu) 成反饋回路，第七電阻(19) 一端接電源， 一端接第三運(yùn)算放大器(12)正相 輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在 于，所述的滯回比較電路(5)的滯回比較閥值信號(hào)(23)的比較電平閥值包括 一個(gè)2.4V的低閥值和一個(gè)2.6V的高閥值，即當(dāng)輸入信號(hào)高于2.6V高閥值時(shí)， 滯回比較電路將輸出低電平信號(hào)；直到輸入信號(hào)低于2.4V低閥值時(shí)，滯回比較 電路(5)輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平信號(hào)，完成對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的處理，得到 數(shù)字脈沖形式的輸出信號(hào)(24)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的裝置，包括永久磁鐵、磁阻式傳感器以及轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路。隨著渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鐵產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使得安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的磁阻式傳感器，產(chǎn)生與之相匹配的微弱電信號(hào)，經(jīng)由轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路，通過(guò)濾波、整形以及放大之后，將磁阻式傳感器生成的微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。該轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置測(cè)量距離遠(yuǎn)，體積小，可靠性高，可用于嚴(yán)苛環(huán)境下微小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)超高轉(zhuǎn)速的精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01P3/42GK101382561SQ20081022408
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者丁水汀, 奇 張, 杜發(fā)榮, 王振宇, 韓樹(shù)軍, 鮑夢(mèng)瑤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)