一種發(fā)動機機載振動信號采集電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動機振動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對電荷型振動信號準確采集的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機在實際工作中，由于載荷復(fù)雜、工作環(huán)境多變，往往存在較多振動信號，這些振動信號中有的是與系統(tǒng)的固有特性相關(guān)，有的則是與已發(fā)生或即將發(fā)生的故障相關(guān)。為了能夠準確地進行發(fā)動機故障檢測和診斷，對振動信號進行精確采集是上述工作的基礎(chǔ)。壓電式振動傳感器是目前較為常用、應(yīng)用最廣的傳感器之一，具有可靠性高、安裝方便、頻帶寬等優(yōu)勢，其輸出信號為電荷型信號。
[0003]常用的電荷信號采集電路包括電壓放大器和電荷放大器，在低頻段電壓放大器的測量誤差會隨連接電纜長度的變化而變化，使測量結(jié)果不準確，而電荷放大器能夠克服這一缺點，使得測量結(jié)果不易受連接電纜的影響，因此常采用電荷放大器進行電荷信號的采集。
[0004]通常針對振動傳感器設(shè)計的信號采集電路，最多考慮消除高頻干擾信號，即在電荷放大器之前設(shè)置有相應(yīng)的低通濾波電路。然而，在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，利用常規(guī)的振動信號采集電路對機載發(fā)動機傳感器采集得到信號經(jīng)常出現(xiàn)飽和現(xiàn)象等問題，這樣的采集信號無法用于后續(xù)的振動分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述振動信號采集電路的不足，提出了一種改進型發(fā)動機機載振動信號采集電路，能夠有效濾除發(fā)動機振動信號中的復(fù)雜干擾信號，實現(xiàn)對電荷型發(fā)動機振動信號的精確采集。
[0006]申請人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致出現(xiàn)信號飽和現(xiàn)象的問題的原因是:在發(fā)動機啟動、停止等轉(zhuǎn)速劇烈變化的過程中，傳感器振動信號中混入了極低頻的干擾信號。另外，機載發(fā)動機的工作環(huán)境可能達到IlOtC以上，在這樣的高溫環(huán)境下，單端電荷放大電路會產(chǎn)生直流偏置信號。而且，機載發(fā)動機在工作時會有大量零部件產(chǎn)生振動信號，因此造成最終傳感器采集到的信號總量過大，且成分復(fù)雜，遠遠超出了被測對象的真實振動量級。
[0007]本發(fā)明因此提出以下方案:
[0008]該發(fā)動機機載振動信號采集電路，包括依次設(shè)置的雷電防護電路、防HIRF濾波電路以及單端電荷放大電路，所述單端電荷放大電路的核心為運算放大器，防HI RF濾波電路的輸出電荷信號Qf經(jīng)電阻R2連接到運算放大器的負輸入端，運算放大器的正輸入端經(jīng)電阻R3接地，其特別之處是:在電阻R2的前端還設(shè)置有電容C4，運算放大器的輸出端經(jīng)電阻Rl反饋至電容C4與電阻R2之間的結(jié)點，并經(jīng)用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的電容C3反饋至電容C4的前端，電容C4的容值由發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時的工作特性確定。
[0009]對于單端型振動傳感器，可以使振動傳感器與運算放大器共地;對于差分型振動傳感器，可以使振動傳感器的輸出負端與運算放大器共地。
[0010]上述雷電防護電路可采用瞬態(tài)抑制管組成。
[0011]在單端電荷放大電路的輸出端還增加了高通濾波電路，用于濾除單端電荷放大電路在高溫條件下輸出信號中包含的直流偏置信號。
[0012]電容C4滿足消除輸入信號中0.1Hz以內(nèi)的極低頻干擾信號。
[0013]電容C3滿足單端電荷放大電路的采集范圍不小于IOOOOpC。
[0014]在應(yīng)用該發(fā)動機機載振動信號采集電路，通常需要進行調(diào)試。調(diào)試方法為:當輸出信號出現(xiàn)飽和現(xiàn)象時，將電容C4的容值調(diào)低；當輸出信號出現(xiàn)精度超差時，將電容C4的容值調(diào)尚。
[0015]本發(fā)明具有電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性強、可抑制輸入干擾等優(yōu)點，具體還有以下幾個方面的特點:
[0016]采用瞬態(tài)抑制管實現(xiàn)雷電防護，采用電感和電容組合實現(xiàn)高頻濾波，可抑制發(fā)動機上復(fù)雜工作環(huán)境的干擾信號。
[0017]采用單端電荷放大器，對輸入的電荷型振動信號進行放大，提高電路的輸入阻抗。
[0018]對單端電荷放大器進行改進，增加濾波電容實現(xiàn)對輸入信號的濾波，能夠?qū)斎氲碾姾尚驼駝有盘栠M行放大，提高電路的輸入阻抗，同時消除輸入信號中的極低頻干擾信號。
[0019]采用高通濾波器濾除該電路在高溫條件下的直流偏置信號，穩(wěn)定了采集電路輸出電壓的動態(tài)范圍。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的發(fā)動機機載振動信號采集電路的功能原理框圖；
[0021]圖2是雷電防護電路硬件原理圖；
[0022]圖3是高頻濾波電路硬件原理圖；
[0023]圖4是本發(fā)明改進的單端電荷放大器電路硬件原理圖；
[0024]其中，A-放大器
[0025]圖5是高通濾波電路硬件原理圖；
[0026]其中，B-放大器。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0028]如圖1-5所示，該發(fā)動機機載振動信號采集電路，包括雷電防護電路、高頻濾波電路、改進型單端電荷放大器電路和高通濾波電路。雷電防護電路是由瞬態(tài)抑制電路構(gòu)成，實現(xiàn)對后級電路的雷電防護；高頻濾波電路與雷電防護電路連接，可對輸入的電荷信號進行高頻濾波，抑制振動信號中的高頻干擾信號；單端電荷放大器電路實現(xiàn)對發(fā)動機電荷信號進行放大，變換為電壓信號，同時濾除發(fā)動機振動信號中的低頻干擾信號;經(jīng)過放大后的信號存在一定的低頻干擾信號，高通濾波電路可濾除該低頻干擾信號，保證振動信號的準確米集。
[0029]步驟1:振動加速度傳感器輸出電荷信號Qi，連接雷電防護電路，轉(zhuǎn)換為雷電防護后的電荷信號Qp，當輸入信號中出現(xiàn)瞬態(tài)雷電干擾信號時，瞬態(tài)抑制管Vl導(dǎo)通，實現(xiàn)對后級電路的雷電防護功能。
[0030]步驟2:將雷電防護后的電荷信號Qp和傳感器的殼體地分別連接高頻濾波電路，經(jīng)過L1、C1和C2組成的高頻濾波器，能夠抵抗輸入信號中的高頻干擾信號，輸出為濾波后的電荷信號Qf和殼體地信號Df。
[0031]步驟3:將濾波后的電荷信號Qf連接到改進型單端電荷放大器的正輸入端，傳感器的殼體地Df接到改進型單端電荷放大器的負輸入端，通過改進型單端電荷放大器對輸入的電荷信號Qf進行放大，其中C4具有對輸入信號進行高通濾波的作用，可根據(jù)實際輸入信號的要求進行調(diào)整，Rl的作用是穩(wěn)定電路的直流工作點，量值要求不小于500M歐姆，C3用于調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)，得到輸出電壓Uo為Uo = Qf/C3。
[0032]步驟4:將輸出電壓Uo接到二階高通濾波器的輸入端，C5、C6、R4、R5組成一個二階高通濾波器，實現(xiàn)對高溫條件下電路直流干擾信號的濾波，得到濾波后的輸出電壓Uf。經(jīng)過高通濾波，穩(wěn)定了采集電路輸出電壓的動態(tài)范圍。
[0033]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機振動信號的精確采集，抑制發(fā)動機艙復(fù)雜的電磁干擾和雷電干擾，并且高溫、強震的環(huán)境下穩(wěn)定工作，目前已通過系統(tǒng)聯(lián)試和裝機試飛驗證，電路運行穩(wěn)定可靠。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)動機機載振動信號米集電路，包括依次設(shè)置的雷電防護電路、防HIRF濾波電路以及單端電荷放大電路，所述單端電荷放大電路的核心為運算放大器，防HI RF濾波電路的輸出電荷信號Qf經(jīng)電阻R2連接到運算放大器的負輸入端，運算放大器的正輸入端經(jīng)電阻R3接地，其特征在于: 在電阻R2的前端還設(shè)置有電容C4，運算放大器的輸出端經(jīng)電阻Rl反饋至電容C4與電阻R2之間的結(jié)點，并經(jīng)用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的電容C3反饋至電容C4的前端，電容C4的容值由發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時的工作特性確定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機載振動信號采集電路，其特征在于:對于單端型振動傳感器，振動傳感器與運算放大器共地;對于差分型振動傳感器，振動傳感器的輸出負端與運算放大器共地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機載振動信號采集電路，其特征在于:所述雷電防護電路由瞬態(tài)抑制管組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機載振動信號采集電路，其特征在于:在單端電荷放大電路的輸出端還增加了高通濾波電路，用于濾除單端電荷放大電路在高溫條件下輸出信號中包含的直流偏置信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機載振動信號采集電路，其特征在于:電容C4滿足消除輸入信號中0.1Hz以內(nèi)的極低頻干擾信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機機載振動信號采集電路，其特征在于:電容C3滿足單端電荷放大電路的采集范圍不小于lOOOOpC。7.權(quán)利要求1所述發(fā)動機機載振動信號采集電路的調(diào)試方法，其特征在于:當輸出信號出現(xiàn)飽和現(xiàn)象時，將電容C4的容值調(diào)低；當輸出信號出現(xiàn)精度超差時，將電容C4的容值調(diào)尚.
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種發(fā)動機機載振動信號采集電路，其中在單端電荷放大電路的運算放大器的負輸入端的限流電阻之前增加用于濾除極低頻干擾信號的電容C4，運算放大器的反饋電阻R1接至電容C4與限流電阻之間的結(jié)點，反饋電容C3接至電容C4的前端，電容C4的容值由發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時的工作特性確定。本發(fā)明能夠有效濾除發(fā)動機振動信號中的復(fù)雜干擾信號，實現(xiàn)對電荷型發(fā)動機振動信號的精確采集。
【IPC分類】G01H11/08
【公開號】CN105571710
【申請?zhí)枴緾N201510925853
【發(fā)明人】馬萌, 趙小勇, 馮健朋, 馬振華
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月11日