專利名稱：：多路分布式信息檢測與處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于信息檢測與處理裝置，特別涉及用于對結(jié)冰現(xiàn)象進(jìn)行檢測與處理的電子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有的結(jié)冰信號器的電子系統(tǒng)只能處理單一結(jié)冰信號器的信號，如一種振筒式結(jié)冰傳感器及其電子信號檢測裝置，其電子信號檢測裝置檢測處理單一傳感器的結(jié)冰信號，顯示單一傳感器給出的結(jié)冰厚度信息，分析求解單一傳感器的結(jié)冰速率信息。結(jié)冰速率定義為單位時間內(nèi)冰層厚度的增量，通常分為強(qiáng)結(jié)冰，中等強(qiáng)度結(jié)冰和弱結(jié)冰三個等級。但是在許多實(shí)際應(yīng)用中，需要對被檢測對象設(shè)置多個結(jié)冰傳感器，如飛機(jī)跑道上，公路上，飛機(jī)機(jī)翼或機(jī)身上，以能更全面準(zhǔn)確地反映被檢測對象的結(jié)冰狀況，相應(yīng)地，也就需要能檢測處理多路傳感器信息的分布式結(jié)冰信息的系統(tǒng)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種多路分布式信息檢測與處理裝置，目的是能夠?qū)Χ鄠€諧振頻率輸出的結(jié)冰傳感器進(jìn)行信號采集，分析與求解出冰層厚度以及結(jié)冰速率等級的信息，并在相應(yīng)的顯示器上予以顯示。本實(shí)用新型的一種多路分布式信息檢測與處理裝置，由諧振式傳感器、驅(qū)動單元、測控單元和顯示單元組成；其特征在于(1)所述驅(qū)動單元由N個驅(qū)動電路組成，對應(yīng)連接N個諧振式傳感器，對它們提供自激振蕩的諧振驅(qū)動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元由微型計算機(jī)構(gòu)成，微型計算機(jī)具有N個定時器/計數(shù)器通道和N個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，按順序?qū)個諧振式傳感器進(jìn)行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元由N個發(fā)光二極管及其相應(yīng)的控制電路組成，控制電路接收測控單元發(fā)送來的顯示信息，對顯示信息進(jìn)行譯碼，驅(qū)動發(fā)光二極管；所述N二28。所述的多路分布式信息檢測與處理裝置,其特征在于所述驅(qū)動單元中的驅(qū)動電路由信號放大器、驅(qū)動放大器和二選一開關(guān)組成，諧振式傳感器中壓電元件信號電極的信號通過信號放大器放大，再經(jīng)驅(qū)動放大器產(chǎn)生驅(qū)動信號作用于壓電元件驅(qū)動電極，構(gòu)成正反饋?zhàn)约な秸袷庪娐?；諧振式傳感器頻率信號由壓電元件驅(qū)動電極上引出連接于二選一開關(guān)；二選一開關(guān)的兩個觸點(diǎn)分別連接測控單元中微型計算機(jī)的定時器/計數(shù)器通道和激勵信號輸出端，二選一開關(guān)觸點(diǎn)的選擇由測控單元經(jīng)開關(guān)控制信號線決定，當(dāng)檢測模式時，測控單元對諧振式傳感器進(jìn)行計數(shù)測頻；當(dāng)再激勵模式時，測控單元發(fā)出的脈沖串激勵信號，施加于諧振式傳感器，以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特征在于所述測控單元包括微計算機(jī)、時鐘電路、串行接口電路、數(shù)據(jù)存儲芯片、多路開關(guān)、溫度前置放大器和光電隔離電路；(1)時鐘電路向微計算機(jī)提供實(shí)時時間信息；(2)來自所述驅(qū)動單元的N根測頻信號線接入微計算機(jī)內(nèi)的定時器/計數(shù)器通道，由微計算機(jī)定時計數(shù)，實(shí)現(xiàn)測頻功能；(3)在微計算機(jī)控制下，多路開關(guān)選定對應(yīng)通道，來自N個諧振式傳感器某一路的溫度信號經(jīng)過溫度前置放大器調(diào)理放大，輸入至微計算機(jī)內(nèi)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，微計算機(jī)根據(jù)對應(yīng)傳感器的頻率一溫度特性，進(jìn)行溫度補(bǔ)償；(4)每當(dāng)系統(tǒng)上電工作，寫入數(shù)據(jù)存儲芯片中的各諧振式傳感器頻率、溫度信息就和實(shí)時時間點(diǎn)相對應(yīng)；(5)串行接口電路符合485標(biāo)準(zhǔn)，作為下載數(shù)據(jù)和擴(kuò)展之用；(6)微計算機(jī)向顯示單元發(fā)送顯示控制信號，光電隔離電路用于隔離單片微計算機(jī)和顯示單元，以提高可靠性。本實(shí)用新型的驅(qū)動單元隨所連接的諧振式傳感器一起裝設(shè)于需要結(jié)冰檢測的地方；測控單元由功能較強(qiáng)的單片微型計算機(jī)為核心組成，單片微型計算機(jī)具有多個定時/計數(shù)器通道和多個A/D轉(zhuǎn)換通道。這樣可以在軟件控制下，按一定順序?qū)Χ鄠€傳感器進(jìn)行頻率和溫度的檢測。對溫度信號，系統(tǒng)軟件按照一定的算法進(jìn)行傳感器溫度補(bǔ)償，以更好地保證傳感器的溫度穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)檢測出溫度超過某一較高值時，如2(TC，系統(tǒng)認(rèn)定傳感器探測面上不會發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，可切除掉傳感器頻率信號。對頻率信號，系統(tǒng)軟件根據(jù)冰層厚度與頻率對應(yīng)關(guān)系，首先求得冰層厚度的信息；然后根據(jù)一定的算法，求得單位時間內(nèi)頻率的增量，也就是單位時間冰層厚度的增量，從而求解出結(jié)冰速率的信息。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了利用同一顯示器件既顯示冰層厚度信息，又顯示結(jié)冰速率信息，即用常亮的燈光顯示冰層厚度的三個等級，不同燈光顏色對應(yīng)不同冰層厚度；用閃爍的燈光顯示正在發(fā)生的結(jié)冰厚度變化，即結(jié)冰速率，不同顏色的閃爍燈光顯示不同等級的結(jié)冰速率，等級分為弱，中等和強(qiáng)結(jié)冰速率。另外，本實(shí)用新型還設(shè)計了內(nèi)置式自檢功能，即測控單元在系統(tǒng)正式工作之前，首先對傳感器的工作狀態(tài)和溫度信號進(jìn)行檢測校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)有不正常，即在相應(yīng)的顯示燈上予以顯示，提醒系統(tǒng)操作人員。操作人員也可在系統(tǒng)工作的任何時刻，通過按下顯示單元面板上的"自檢"按鈕，對傳感器進(jìn)行自檢校驗(yàn)，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。本實(shí)用新型還針對飛機(jī)上的應(yīng)用，設(shè)計了數(shù)據(jù)存儲功能，即系統(tǒng)中設(shè)計了大容量的非易失性數(shù)據(jù)存儲單元，能夠保證存儲足夠長時間的信息。系統(tǒng)使用人員和技術(shù)人員可通過測控單元上的下載連接器將這些保存的信息下載至便攜計算機(jī)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，這對于飛機(jī)防冰安全保障具有重要的信息支持作用。圖1為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2為該實(shí)施例驅(qū)動單元電子線路圖圖3是本實(shí)用新型中測控單元的示意圖圖4是本實(shí)用新型顯示單元其中一個發(fā)光二極管及其控制電路示意圖圖5為該實(shí)施例顯示單元顯示面板設(shè)計圖具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合圖1至圖5說明本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，該實(shí)施例已安裝于某型號飛機(jī)上，進(jìn)行試飛應(yīng)用。圖1中由壓電元件為核心組成的諧振式傳感器1，數(shù)量為4只，其中2只安裝于飛機(jī)機(jī)翼前緣的上部，另外2只安裝于機(jī)翼前緣的下部，以對機(jī)翼前緣這樣容易結(jié)冰的危險部位進(jìn)行結(jié)冰探測。諧振式傳感器1的輸出頻率即載有結(jié)冰信息，當(dāng)無結(jié)冰發(fā)生時，諧振式傳感器輸出初始工作頻率；當(dāng)有結(jié)冰發(fā)生時，諧振式傳感器輸出頻率上升，上升幅度與冰層厚度相對應(yīng)。驅(qū)動單元2的數(shù)量為2個，每個驅(qū)動單元包括2個驅(qū)動電路，每個驅(qū)動電路對應(yīng)驅(qū)動1個諧振式傳感器；驅(qū)動單元通過數(shù)據(jù)與控制線5將諧振頻率和溫度信號傳至測控單元3;測控單元3的顯示信息通過顯示信息線6傳至顯示單元4。驅(qū)動單元中驅(qū)動電路的具體組成及工作原理見圖2。圖2中諧振式傳感器l由壓電元件7和微型測溫元件8(Pt100)為主組成。信號放大器9，驅(qū)動放大器10與諧振式傳感器1中壓電元件7的二個電極相連接構(gòu)成正反饋?zhàn)约な秸袷庪娐?，從而為諧振式傳感器諧振工作模式提供驅(qū)動。11連接于二選一開關(guān)12，開關(guān)接通觸點(diǎn)的選擇由圖1中的測控單元3中的單片微計算機(jī)經(jīng)開關(guān)控制信號線15來選定。當(dāng)工作模式為檢測時，二選一開關(guān)處于上端，即檢測/激勵信號線11與測頻信號線13相連，可獲得傳感器的諧振頻率信號，并由測頻信號線13送至測控單元的微計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計數(shù)測頻。當(dāng)冰層厚度達(dá)到一定值時，傳感器會停止振動，此時需要在融化結(jié)冰之后重新對傳感器再激勵以使其恢復(fù)工作，此時為再激勵模式，即在微計算機(jī)開關(guān)控制信號線15的控制下使對應(yīng)某一傳感器的二選一開關(guān)處于下端，檢測/激勵信號線11與激勵信號線14相連接，微型計算機(jī)發(fā)出的脈沖串激勵信號經(jīng)激勵信號線14以及檢測/激勵信號線11，作用于該傳感器以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中測控單元的組成。檢測/激勵信號線11連接于二選一開關(guān)12，開關(guān)接通觸點(diǎn)的選擇由單片微計算機(jī)經(jīng)開關(guān)控制信號線15來選定，當(dāng)工作模式為檢測時，二選一開關(guān)處于上端，即檢測/激勵信號線11與測頻信號線13相連，可獲得傳感器的諧振頻率信號，四根測頻信號線13接入單片微計算機(jī)20內(nèi)的定時器/計數(shù)器通道21，由微計算機(jī)軟件定時計數(shù)，實(shí)現(xiàn)測頻功能。23是來自于諧振式傳感器的溫度測量信號線，某一路的溫度信號在單片微計算機(jī)程序控制下，由溫度通道選擇控制線24控制多路開關(guān)25切換至所對應(yīng)的通道后，該路溫度信號經(jīng)過溫度前置放大器16調(diào)理放大后，輸入至單片微計算機(jī)內(nèi)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器17。單片微計算機(jī)獲得溫度信號后，再根據(jù)傳感器的頻率一溫度特性，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，保證傳感器可靠工作。實(shí)時時鐘集成電路芯片26向單片微計算機(jī)提供年、月、日及時、分、秒實(shí)時信息。這樣，每當(dāng)系統(tǒng)上電工作，寫入數(shù)據(jù)存儲芯片18中的各傳感器頻率、溫度信息就和實(shí)時時間點(diǎn)相對應(yīng)，這對日后下載數(shù)據(jù)的分析極為重要。符合485標(biāo)準(zhǔn)的串行接口電路19作為下載數(shù)據(jù)和擴(kuò)展之用。單片微計算機(jī)發(fā)送的顯示信息經(jīng)顯示控制信號線27、光電隔離電路22傳送至顯示單元。本實(shí)用新型實(shí)施例的顯示單元由四個相同的雙色發(fā)光二極管及其控制電路所組成，圖4是其中一個發(fā)光二極管及其控制電路示意圖。發(fā)光二極管控制信號線28來自于測控單元，控制驅(qū)動電路29由兩個開關(guān)三極管構(gòu)成，通過橙色發(fā)光控制線31、限流電阻30以及藍(lán)色發(fā)光控制線32、限流電阻30驅(qū)動發(fā)光二極管33。當(dāng)橙色發(fā)光控制線31為高電平而藍(lán)色發(fā)光控制線32是低電平時，發(fā)光二極管33僅顯示橙色；當(dāng)藍(lán)色發(fā)光控制線32是高電平而橙色發(fā)光控制線31為低電平時，發(fā)光二極管33顯示藍(lán)色；當(dāng)31線和32線均為高電平時，發(fā)光二極管33則顯示出紅色。當(dāng)31線、32線為恒定的高電平時，則發(fā)光二極管呈穩(wěn)定常亮顯示狀態(tài)；當(dāng)31線、32線為以一定頻率(如0.5Hz，占空比為50%)變化的方波信號時，則發(fā)光二極管33呈肉眼可觀察到的閃爍發(fā)光顯示狀態(tài)。某個傳感器無結(jié)冰信號產(chǎn)生時，其對應(yīng)的發(fā)光二極管為熄滅狀態(tài)。若某個傳感器探測到有結(jié)冰發(fā)生時，則與此傳感器對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)出某種顏色的閃爍發(fā)光，以指示結(jié)冰正以某種結(jié)冰速率發(fā)生；當(dāng)不再有結(jié)冰繼續(xù)發(fā)生時，則發(fā)光二極管以某種顏色穩(wěn)定發(fā)光，其顏色的不同與結(jié)冰厚度相對應(yīng)。這樣，利用同一發(fā)光二極管的閃爍發(fā)光和穩(wěn)定常亮發(fā)光二種不同發(fā)光形式分別顯示結(jié)冰速率和結(jié)冰厚度二種信息。這樣的好處是使信息顯示集中，對應(yīng)性好，使用人員讀取結(jié)冰狀況的信息方便。表1是不同閃爍發(fā)光與穩(wěn)定常亮發(fā)光顏色與不同結(jié)冰速率等級和結(jié)冰厚度等級的對應(yīng)關(guān)系。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖5是該實(shí)施例中顯示單元顯示面板的設(shè)計。顯示面板34上裝有四只雙色發(fā)光二極管33，還裝有自檢功能按鈕35和電源開關(guān)36。權(quán)利要求1.一種多路分布式信息檢測與處理裝置，由諧振式傳感器、驅(qū)動單元、測控單元和顯示單元組成；其特征在于(1)所述驅(qū)動單元由N個驅(qū)動電路組成，對應(yīng)連接N個諧振式傳感器，對它們提供自激振蕩的諧振驅(qū)動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元由微型計算機(jī)構(gòu)成，微型計算機(jī)具有N個定時器/計數(shù)器通道和N個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，按順序?qū)個諧振式傳感器進(jìn)行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元由N個發(fā)光二極管及其相應(yīng)的控制電路組成，控制電路接收測控單元發(fā)送來的顯示信息，對顯示信息進(jìn)行譯碼，驅(qū)動發(fā)光二極管；所述N＝2～8。2.如權(quán)利要求1所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特征在于所述驅(qū)動單元中的驅(qū)動電路由信號放大器、驅(qū)動放大器和二選一開關(guān)組成，諧振式傳感器中壓電元件信號電極的信號通過信號放大器放大，再經(jīng)驅(qū)動放大器產(chǎn)生驅(qū)動信號作用于壓電元件驅(qū)動電極，構(gòu)成正反饋?zhàn)约な秸袷庪娐罚恢C振式傳感器頻率信號由壓電元件驅(qū)動電極上引出連接于二選一開關(guān)；二選一開關(guān)的兩個觸點(diǎn)分別連接測控單元中微型計算機(jī)的定時器/計數(shù)器通道和激勵信號輸出端，二選一開關(guān)觸點(diǎn)的選擇由測控單元經(jīng)開關(guān)控制信號線決定，當(dāng)檢測模式時，測控單元對諧振式傳感器進(jìn)行計數(shù)測頻；當(dāng)再激勵模式時，測控單元發(fā)出的脈沖串激勵信號，施加于諧振式傳感器，以激勵停止振動的壓電元件重新諧振工作。3.如權(quán)利要求1或2所述的多路分布式信息檢測與處理裝置，其特征在于所述測控單元包括微計算機(jī)、時鐘電路、串行接口電路、數(shù)據(jù)存儲芯片、多路開關(guān)、溫度前置放大器和光電隔離電路；(1)時鐘電路向微計算機(jī)提供實(shí)時時間信息；(2)來自所述驅(qū)動單元的N根測頻信號線接入微計算機(jī)內(nèi)的定時器/計數(shù)器通道，由微計算機(jī)定時計數(shù)，實(shí)現(xiàn)測頻功能；(3)在微計算機(jī)控制下，多路開關(guān)選定對應(yīng)通道，來自N個諧振式傳感器某一路的溫度信號經(jīng)過溫度前置放大器調(diào)理放大，輸入至微計算機(jī)內(nèi)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，微計算機(jī)根據(jù)對應(yīng)傳感器的頻率一溫度特性，進(jìn)行溫度補(bǔ)償；(4)每當(dāng)系統(tǒng)上電工作，寫入數(shù)據(jù)存儲芯片中的各諧振式傳感器頻率、溫度信息就和實(shí)時時間點(diǎn)相對應(yīng)；(5)串行接口電路符合485標(biāo)準(zhǔn)，作為下載數(shù)據(jù)和擴(kuò)展之用；(6)微計算機(jī)向顯示單元發(fā)送顯示控制信號，光電隔離電路用于隔離單片微計算機(jī)和顯示單元，以提高可靠性。專利摘要多路分布式信息檢測與處理裝置，屬于信息檢測與處理裝置，目的是對多個諧振頻率輸出的結(jié)冰傳感器進(jìn)行信號采集，分析結(jié)冰信息，并予以顯示。本實(shí)用新型由諧振式傳感器、驅(qū)動單元、測控單元和顯示單元組成；(1)驅(qū)動單元由N個驅(qū)動電路對應(yīng)連接N個諧振式傳感器，對它們提供諧振驅(qū)動，同時檢測諧振頻率和溫度信號，將它們的諧振頻率和溫度信號傳至測控單元；(2)測控單元按順序?qū)個諧振式傳感器進(jìn)行頻率和溫度信號的處理；(3)顯示單元對顯示信息進(jìn)行譯碼，驅(qū)動發(fā)光二極管。本實(shí)用新型遠(yuǎn)距離分布式安裝多個傳感器，信息集中處理和顯示，從而對結(jié)冰狀況的檢測更為全面和準(zhǔn)確，還具備長時間保存大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲功能以及自校驗(yàn)功能。文檔編號G05B19/048GK201041631SQ200720084780公開日2008年3月26日申請日期2007年5月18日優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日發(fā)明者林葉,杰張,洪張申請人:華中科技大學(xué)