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CN114636491B - 一种飞机用力矩测量传感器电路 - Google Patents

一种飞机用力矩测量传感器电路 Download PDF

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/10Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in inductance, i.e. electric circuits therefor

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Abstract

本发明公开了一种飞机用力矩测量传感器电路,包括电源电路、激励环形互感器、惠斯通电桥、信号环形互感器和信号耦合电路;电源电路输入端连接有激励电源、电源电路输出端连接激励环形互感器的其中一个电感L1,激励环形互感器的另一个电感L2两端分别连接惠斯通电桥的两个电源端,惠斯通电桥的两个输出端连接信号环形互感器的其中一个电感L4,信号环形互感器的另一个电感L3连接信号耦合电路输入端,惠斯通电桥采用电阻应变式惠斯通电桥。实现了更高精度的力矩测量。

Description

一种飞机用力矩测量传感器电路
技术领域
本发明属于力矩测量领域,涉及一种飞机用力矩测量传感器电路。
背景技术
在飞机高升力系统襟缝翼作动过程中,需要对襟缝翼作动力矩进行限制,保证飞机飞行安全。飞机高升力系统襟缝翼作动过程多采用机械式力矩限制器,由于机械式力矩限制器重量大,维修性较差,国外先进飞机已有采用基于磁致伸缩原理进行力矩测量的传感器实现力矩检测与限制,但精度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种飞机用力矩测量传感器电路,实现了更高精度的力矩测量。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种飞机用力矩测量传感器电路,包括电源电路、激励环形互感器、惠斯通电桥、信号环形互感器和信号耦合电路;
电源电路输入端连接有激励电源、电源电路输出端连接激励环形互感器的其中一个电感L1,激励环形互感器的另一个电感L2两端分别连接惠斯通电桥的两个电源端,惠斯通电桥的两个输出端连接信号环形互感器的其中一个电感L4,信号环形互感器的另一个电感L3连接信号耦合电路输入端,惠斯通电桥采用电阻应变式惠斯通电桥。
优选的,电源电路输入端与激励电源之间设置有滤波及雷电防护电路,信号耦合电路的输出端与滤波及雷电防护电路连接。
优选的,电感L2两端与惠斯通电桥的两个电源端之间分别设置有灵敏度标准化电阻R1和R2。
优选的,电感L2两端与惠斯通电桥的两个电源端之间分别设置有温度灵敏度补偿电阻Rm1和Rm2。
优选的,惠斯通电桥的两个输出端和电感L4两端之间分别设置有电容C1和C2。
优选的,信号耦合电路包括串联的电阻R3和R4,串联的电阻R3和R4两端分别连接电感L3两端。
优选的,信号耦合电路和电感L3之间设置有带通滤波电路。
优选的,电源电路输入端连接有相位调节电路,相位调节电路的输入端连接信号耦合电路输出端。
优选的,电源电路通过B参考基准变换电路连接有A/B信号比率测量电路,信号耦合电路输出端通过A信号变换电路与A/B信号比率测量电路输入端连接。
优选的,信号耦合电路的输出端连接有仪表放大电路。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明力矩测量传感器电路基于电阻应变式惠斯通电桥的交流激励和交流信号输出,相较磁致伸缩原理的力矩测量传感器,实现了更高精度的力矩测量。
进一步,加上滤波及雷电防护电路,能够提供雷电、电磁辐射和传导敏感防护,同时滤除激励电源和输出信号线上高于和低于3.5kHz的高频和低频干扰。
进一步,灵敏度标准化电阻R1和R2能够对力矩测量灵敏度标准化,提高测量精度。
进一步,温度灵敏度补偿电阻Rm1和Rm2保证了-55℃~125℃温度范围内力矩测量的准确性。
进一步,电容C1和C2的设置能够提高信号幅值,提高了测量信号的灵敏度。
进一步,带通滤波电路能够提高信号幅值功能和提高信号稳定性。
进一步,相位电路能够调节力矩测量信号的相位,使力矩测量信号的相位与电源电路相位一致。
进一步,通过电源电路和B参考基准变换电路、A信号变换电路、A/B信号比率测量电路对力矩测量信号进行比率处理后,实现即使激励电源电压幅值在一定范围内波动,而输出信号仍然会保持对测量力矩信号的准确输出。
附图说明
图1为本发明的传感器电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向,词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示,为本发明所述的飞机用力矩测量传感器电路,包括滤波及雷电防护电路、电源电路、激励环形互感器、惠斯通电桥、信号环形互感器和信号耦合电路。
激励电源通过滤波及雷电防护电路与电源电路输入端连接,电源电路输出端分两路,一路连接激励环形互感器的其中一个电感L1,激励环形互感器的另一个电感L2两端分别连接惠斯通电桥的两个电源端,电感L2两端与惠斯通电桥的两个电源端之间分别设置有灵敏度标准化电阻R1和R2,以及温度灵敏度补偿电阻Rm1和Rm2,惠斯通电桥的两个输出端连接信号环形互感器的其中一个电感L4,惠斯通电桥的两个输出端和电感L4两端之间分别设置有电容C1和C2,信号环形互感器的另一个电感L3连接信号耦合电路输入端。
信号耦合电路和电感L3之间设置有带通滤波电路。信号耦合电路包括串联的电阻R3和R4,串联的电阻R3和R4两端分别连接带通滤波电路两端,信号耦合电路输出端连接有仪表放大电路。
电源电路输入端另一路有四种方式:
第一种为电源电路输入端只有一路连接电感L1,仪表放大电路的输出端连接滤波及雷电防护电路,滤波及雷电防护电路通过输出信号线输出力矩信号。
第二种为电源电路输入端的另一路连接有相位调节电路,相位调节电路的输入端连接仪表放大电路输出端,相位调节电路的输出端连接滤波及雷电防护电路,滤波及雷电防护电路通过输出信号线输出力矩信号。
第三种为电源电路输入端的另一路通过B参考基准变换电路连接有A/B信号比率测量电路,仪表放大电路输出端通过A信号变换电路与A/B信号比率测量电路输入端连接,A/B信号比率测量电路的输出端连接滤波及雷电防护电路,滤波及雷电防护电路通过输出信号线输出力矩信号。
第四种为电源电路输入端的另一路通过B参考基准变换电路连接有A/B信号比率测量电路,仪表放大电路输出端连接相位调节电路的输入端,相位调节电路的输出端通过A信号变换电路与A/B信号比率测量电路输入端连接,A/B信号比率测量电路的输出端连接滤波及雷电防护电路,滤波及雷电防护电路通过输出信号线输出力矩信号。
激励环形互感器由激励环形互感器电感L1和激励环形互感器电感L2组成,电感L1同电感L2为同轴布置电感值之比为1:1~1:10,典型比值为1:2,电感L1值为100μH~500mH,典型值为15mH。
信号环形互感器由信号环形互感器电感L3和信号环形互感器电感L4组成,电感L4同电感L3为同轴布置电感值之比为1:1~1:10,典型比值为1:2,电感L4值为100μH~500mH,典型值为15mH。
电容C1和C2为惠斯通电桥输出耦合电容,电容C1和C2容值相同均为1μF~0.02μF典型值均为0.2μF,电容C1和C2容值具有提高信号幅值功能,提高了测量信号的灵敏度。
惠斯通电桥采用电阻应变式惠斯通电桥,惠斯通电桥电阻值为350Ω、700Ω、1050Ω和1400Ω,对应激励电源频率为2KHz~10KHz,惠斯通电桥电阻值典型值为350Ω时对应最佳输出信号的激励电源频率为3.5KHz。
滤波及雷电防护电路对连接的激励电源和输出信号线能够提供雷电、电磁辐射和传导敏感防护,同时滤除激励电源和输出信号线上高于和低于3.5kHz的高频和低频干扰。
经过带通滤波电路的信号经过电阻R3、电阻R4两端实现信号的检测,电阻R3同电阻R4阻值相同均为10KΩ~500MΩ,典型值均为100KΩ;可选的,带通滤波电路的通频带中间频率同激励电源频率一致,带通滤波电路具有提高信号幅值功能和提高信号稳定性的功能。
机载直流或交流激励电源经置于壳体上的定子电路中的滤波及雷电防护电路防护滤波后,供给电源电路对激励电源进行处理后,典型的一路频率为3.5KHz电源供给激励环形互感器电感L1。由电感L1将交流电源互感至转轴上的转子测量电路激励环形互感器电感L2,再经灵敏度标准化电阻R1、R2对力矩测量灵敏度标准化和补偿电阻Rm1和Rm2对力矩测量灵敏度进行-55℃~125℃温度范围内的温度补偿后,为力矩测量传感器惠斯通电桥直接提供交流电源。当力矩测量传感器惠斯通电桥因力矩测量传感受力矩后,惠斯通电桥产生对应的交流不平衡力矩测量输出信号,典型的该惠斯通电桥电阻值为350Ω,该惠斯通电桥输出的交流力矩测量信号经电容C1和C2耦合至信号环形互感器电感L4,电感L4再将交流力矩测量信号直接互感至壳体上定子电路信号环形互感器电感L3。通过信号环形互感器由信号环形互感器电感L3连接或可选的再通过带通滤波电路连接到电阻R3和电阻R4两端,并在电阻R3和电阻R4两端实现交流力矩测量信号的检测。
电源电路输出的另一路参考基准电源和交流力矩测量信号,通过相位调节电路进行相位调节后,分别经B参考基准变换电路变换为直流基准电压、A信号变换电路变换为直流力矩测量信号电压后,再通过A/B信号比率测量电路对力矩测量信号进行比率处理后,实现即使激励电源电压幅值在一定范围内波动,而输出信号仍然会保持对测量力矩信号的准确输出,其中交流力矩测量信号经A信号变换电路变换为偏置的直流力矩测量信号电压。最后,该力矩测量信号电压经滤波及雷电防护电路滤波后输出。从而,适应飞机的-55℃~125℃高低温、雷电等飞机飞行实际恶劣环境,实现了高升力系统襟缝翼作动过程基于力矩测量的电阻应变式传感器的力矩检测与限制。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
应该理解,以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (4)

1.一种飞机用力矩测量传感器电路,其特征在于,包括电源电路、激励环形互感器、惠斯通电桥、信号环形互感器和信号耦合电路;
电源电路输入端连接有激励电源、电源电路输出端连接激励环形互感器的其中一个电感L1,激励环形互感器的另一个电感L2两端分别连接惠斯通电桥的两个电源端,惠斯通电桥的两个输出端连接信号环形互感器的其中一个电感L4,信号环形互感器的另一个电感L3连接信号耦合电路输入端,惠斯通电桥采用电阻应变式惠斯通电桥;
电感L2两端与惠斯通电桥的两个电源端之间分别设置有灵敏度标准化电阻R1和R2;
电感L2两端与惠斯通电桥的两个电源端之间分别设置有温度灵敏度补偿电阻Rm1和Rm2;
惠斯通电桥的两个输出端和电感L4两端之间分别设置有电容C1和C2;
电源电路通过B参考基准变换电路连接有A/B信号比率测量电路;
信号耦合电路的输出端连接有仪表放大电路;
仪表放大电路输出端连接相位调节电路的输入端,相位调节电路的输出端通过A信号变换电路与A/B信号比率测量电路输入端连接;
机载直流或交流激励电源经置于壳体上的定子电路中的滤波及雷电防护电路防护滤波后,供给电源电路对激励电源进行处理后,供给激励环形互感器电感L1;由电感L1将交流电源互感至转轴上的转子测量电路激励环形互感器电感L2,再经灵敏度标准化电阻R1、R2对力矩测量灵敏度标准化和补偿电阻Rm1和Rm2对力矩测量灵敏度进行-55℃~125℃温度范围内的温度补偿后,为力矩测量传感器惠斯通电桥直接提供交流电源;当力矩测量传感器惠斯通电桥因力矩测量传感受力矩后,惠斯通电桥产生对应的交流不平衡力矩测量输出信号,该惠斯通电桥输出的交流力矩测量信号经电容C1和C2耦合至信号环形互感器电感L4,电感L4再将交流力矩测量信号直接互感至壳体上定子电路信号环形互感器电感L3;通过信号环形互感器由信号环形互感器电感L3连接到电阻R3和电阻R4两端,并在电阻R3和电阻R4两端实现交流力矩测量信号的检测;
电源电路输出的另一路参考基准电源和交流力矩测量信号,通过相位调节电路进行相位调节后,分别经B参考基准变换电路变换为直流基准电压、A信号变换电路变换为直流力矩测量信号电压后,再通过A/B信号比率测量电路对力矩测量信号进行比率处理后,实现即使激励电源电压幅值在一定范围内波动,而输出信号仍然会保持对测量力矩信号的准确输出,其中交流力矩测量信号经A信号变换电路变换为偏置的直流力矩测量信号电压;最后,该力矩测量信号电压经滤波及雷电防护电路滤波后输出。
2.根据权利要求1所述的飞机用力矩测量传感器电路,其特征在于,电源电路输入端与激励电源之间设置有滤波及雷电防护电路,信号耦合电路的输出端与滤波及雷电防护电路连接。
3.根据权利要求1所述的飞机用力矩测量传感器电路,其特征在于,信号耦合电路包括串联的电阻R3和R4,串联的电阻R3和R4两端分别连接电感L3两端。
4.根据权利要求1所述的飞机用力矩测量传感器电路,其特征在于,信号耦合电路和电感L3之间设置有带通滤波电路。
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