[發(fā)明專利]一種發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載振動(dòng)信號(hào)采集電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510925853.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105571710A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬萌;趙小勇;馮健朋;馬振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01H11/08
• 分類號(hào): G01H11/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂(lè)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)電荷型振動(dòng)信號(hào)準(zhǔn)確采集 的電路。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)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(dòng)信號(hào)， 這些振動(dòng)信號(hào)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(zhǔn)確地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)和診斷，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行精確采集是上述工作的 基礎(chǔ)。壓電式振動(dòng)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(shì)，其輸出信號(hào)為電荷型信號(hào)。

常用的電荷信號(hào)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(cè)量 誤差會(huì)隨連接電纜長(zhǎng)度的變化而變化，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，而電荷放大器能夠克服這一缺 點(diǎn)，使得測(cè)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(jìn)行電荷信號(hào)的采集。

通常針對(duì)振動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)的信號(hào)采集電路，最多考慮消除高頻干擾信號(hào)，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(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，利用常規(guī)的振動(dòng)信號(hào)采 集電路對(duì)機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器采集得到信號(hào)經(jīng)常出現(xiàn)飽和現(xiàn)象等問(wèn)題，這樣的采集信號(hào)無(wú)法 用于后續(xù)的振動(dòng)分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述振動(dòng)信號(hào)采集電路的不足，提出了一種改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載 振動(dòng)信號(hào)采集電路，能夠有效濾除發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)中的復(fù)雜干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷型發(fā)動(dòng) 機(jī)振動(dòng)信號(hào)的精確采集。

申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致出現(xiàn)信號(hào)飽和現(xiàn)象的問(wèn)題的原因是：在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止等轉(zhuǎn)速劇 烈變化的過(guò)程中，傳感器振動(dòng)信號(hào)中混入了極低頻的干擾信號(hào)。另外，機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)的工作 環(huán)境可能達(dá)到110℃以上，在這樣的高溫環(huán)境下，單端電荷放大電路會(huì)產(chǎn)生直流偏置信號(hào)。 而且，機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)有大量零部件產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，因此造成最終傳感器采集到的 信號(hào)總量過(guò)大，且成分復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了被測(cè)對(duì)象的真實(shí)振動(dòng)量級(jí)。

本發(fā)明因此提出以下方案：

該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載振動(dòng)信號(hào)采集電路，包括依次設(shè)置的雷電防護(hù)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(yùn)算放大器，防HIRF濾波電路 的輸出電荷信號(hào)Qf經(jīng)電阻R2連接到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，運(yùn)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(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)電 阻R1反饋至電容C4與電阻R2之間的結(jié)點(diǎn)，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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)的工作特性確定。

對(duì)于單端型振動(dòng)傳感器，可以使振動(dòng)傳感器與運(yùn)算放大器共地；對(duì)于差分型振動(dòng)傳感 器，可以使振動(dòng)傳感器的輸出負(fù)端與運(yùn)算放大器共地。

上述雷電防護(hù)電路可采用瞬態(tài)抑制管組成。

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(hào)中包含的直流偏置信號(hào)。

電容C4滿足消除輸入信號(hào)中0.1Hz以內(nèi)的極低頻干擾信號(hào)。

電容C3滿足單端電荷放大電路的采集范圍不小于10000pC。

在應(yīng)用該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載振動(dòng)信號(hào)采集電路，通常需要進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試方法為：當(dāng)輸出信 號(hào)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象時(shí)，將電容C4的容值調(diào)低；當(dāng)輸出信號(hào)出現(xiàn)精度超差時(shí)，將電容C4的容 值調(diào)高。

本發(fā)明具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、可抑制輸入干擾等優(yōu)點(diǎn)，具體還有 以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

采用瞬態(tài)抑制管實(shí)現(xiàn)雷電防護(hù)，采用電感和電容組合實(shí)現(xiàn)高頻濾波，可抑制發(fā)動(dòng)機(jī)上 復(fù)雜工作環(huán)境的干擾信號(hào)。

采用單端電荷放大器，對(duì)輸入的電荷型振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，提高電路的輸入阻抗。

對(duì)單端電荷放大器進(jìn)行改進(jìn)，增加濾波電容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的濾波，能夠?qū)斎氲碾? 荷型振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，提高電路的輸入阻抗，同時(shí)消除輸入信號(hào)中的極低頻干擾信號(hào)。

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(hào)，穩(wěn)定了采集電路輸出電壓 的動(dòng)態(tài)范圍。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載振動(dòng)信號(hào)采集電路的功能原理框圖；

圖2是雷電防護(hù)電路硬件原理圖；

圖3是高頻濾波電路硬件原理圖；

圖4是本發(fā)明改進(jìn)的單端電荷放大器電路硬件原理圖；

其中，A-放大器

圖5是高通濾波電路硬件原理圖；