一种航空发动机压力传感器信号的处理方法及电路与流程

本发明所属技术领域为航空发动机辅助动力系统信号采集技术领域。

背景技术：

在第二动力领域中，辅助动力系统(aps)是一个独立于飞机发动机的系统，可为飞机提供发动机快速起动、空中应急保障、座舱引气以及供电等功能。

现如今在辅助动力系统的各个单元中，电学传感器应用数量越来越多，已经逐渐取代传统机械传感装置。其中许多传感器主要应用于高温、高振动的恶劣环境下，其输出信号非常复杂，往往都是毫伏级，且噪声干扰强烈，线性度差。因此对于辅助动力装置(apu)的压气机进口压力信号、应急发生分系统(epu)的燃油压力信号、附件传动单元滑油压力信号等压力传感器信号的采集非常关键，其采集精度直接影响到整个发动机辅助动力系统的运行性能。

由于现有的信号采集技术鲜有针对该系统的压力传感器信号进行精准采集的，因此对航空发动机辅助动力系统的压力传感器微弱信号采集方法的设计工作十分关键。

技术实现要素：

本发明提供的航空发动机压力传感器信号的处理方法，实现对航空发动机辅助动力系统压力传感器信号的精确采集。

第一发明，本发明提供一种航空发动机压力传感器信号的处理方法，所述方法包括：

接收航空发动机压力传感器输出的压力信号；

通过emi防护单元对所述压力信号进行防护处理；

经过所述防护处理后的压力信号，通过低通滤波单元进行滤波处理；

经过所述滤波处理后的压力信号，通过差分放大单元进行信号放大处理；

经过所述信号放大处理后的压力信号，通过二阶低通滤波单元进行二阶滤波处理，获得最终满足后级模数转换器采集要求的信号。

可选的，所述处理电路包括emi防护单元、低通滤波单元、差分放大单元、二阶低通滤波单元，其中：所述emi防护单元与所述低通滤波单元连接、所述低通滤波单元与所述差分放大单元连接、所述差分放大单元与所述差分放大单元连接、所述差分放大单元连接与所述二阶低通滤波单元连接，具体的：

所述emi防护单元，用于接收航空发动机压力传感器输出的压力信号，对所述压力信号进行防护处理；

所述低通滤波单元，用于对经过所述防护处理后的压力信号进行滤波处理；

所述差分放大单元，用于对经过所述滤波处理后的压力信号进行信号放大处理；

所述二阶低通滤波单元，用于对经过所述信号放大处理后的压力信号进行二阶滤波处理，获得最终满足后级模数转换器采集要求的信号。

可选的，所述的emi防护单元由l型emi滤波器实现，所述l型emi滤波器包括电感和电容。

可选的，所述低通滤波单元由rc低通滤波器实现，所述rc低通滤波器包括电阻和电容。

可选的，所述差分放大单元由差分运算放大器及配置电路实现，用于模拟信号放大。

可选的，所述二阶低通滤波单元包括电阻、电容和运算放大器。

综上所述，本发明相对传统信号采集系统，可应用于发动机传感器调理电路中使用，具有极强的通用性，且设计简单，抗干扰能力强，输出信号强，采集精度高。具有实用性强，且电路噪声低、功耗小、稳定性好的优点。

附图说明

图1是压力传感器信号采集方法原理框图设计；

图2简化电路原理图；

图3是压力传感器信号采集电路原理图。

具体实施方式

本发明的目的为针对某型航空发动机辅助动力系统压力传感器输出的复杂微弱差分信号难以采集的问题，发明一种微弱信号采集方法，实现对航空发动机辅助动力系统压力传感器信号的精确采集。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种航空发动机辅助动力系统压力传感器信号采集方法，所述方案包括emi防护单元、无源低通滤波单元、差分放大单元、有源二阶低通滤波单元。

该辅助动力系统压力传感器输出的压力信号首先经过emi防护单元进行emi防护，然后经过无源低通滤波单元使频率范围外的噪声衰减，再经过差分放大单元将毫伏级模拟信号放大到合适的范围内，放大后的信号再经过有源二阶低通滤波单元进行二阶滤波，该滤波后的输出信号可直接输出到后级模数转换器，对模拟值进行测量。

为满足emi防护需求，所述方案中emi防护单元设计选用电感和电容组成l型emi滤波器，根据需要防护的频率范围选择合适的截止频率使频率范围外的噪声衰减。

所述信号采集方法中无源低通滤波单元设计为由电阻和电容组成截止频率为fl低通滤波器，其作用是只允许频带在0～fl内的信号通过。从而使该电路滤除信号中的高频干扰信号，保留有用信号，保证电路采集精度。

所述信号采集方法中差分放大单元设计为由运算放大器组成的差分比例放大电路，放大倍数它具有输出信号强、抗干扰能力强的特点，因此适合在发动机传感器调理电路中使用，能够提升电路的抗干扰能力。

所述信号采集方法中有源二阶低通滤波单元设计为由电阻、电容和放大器设计一个截止频率为低通滤波器，其作用是只允许频带在内的信号通过，到此被测传感器信号中的干扰信号都被滤除，并提高后级输出的驱动能力。

本发明的有益效果为：

本发明相对传统信号采集系统，可应用于发动机传感器调理电路中使用，具有极强的通用性。

本发明的设计简单，抗干扰能力强，输出信号强，采集精度高。

本发明实用性强，且电路噪声低、功耗小、稳定性好。本发明设计压力传感器信号采集方法的目的就是将航空发动机辅助动力系统压力传感器输出的复杂微弱的毫伏级电压信号转换为满足模数转换器检测要求的电压信号。

如图1所示，本发明中设计的微弱信号采集电路包括:所述方案包括emi防护单元、无源低通滤波单元、差分放大单元、有源二阶低通滤波单元。

如图2所示，微弱信号ui首先经过电感l、电容c1、c2组成的emi防护单元，然后经过由电阻r5、r6和电容c6、c7、c8组成的无源低通滤波单元，再经过差分放大器，放大倍数为k＝(49400/r1)+1，将毫伏级模拟信号放大到合适的范围内，放大后的信号再经过由电阻r7、r8，电容c9、c10和运算放大器组成的有源二阶低通滤波器，该滤波后的输出信号u0可直接输出到后级模数转换器，对模拟值进行测量。

为描述方便，将对称的电阻、电感及电容使用相同符号表示。电容c的容抗为zc，即电感l的感抗为zl，即zl＝sl。根据电路基本原理节点电流法可得到该电路完整传递函数形式为：

下面结合该信号采集方法在某型航空发动机辅助动力系统电子控制器项目中的实际应用，具体讲解这种信号采集方法的器件选择与配置方式及使用效果。

如图3所示，所述的emi防护单元中，考虑到电容的共振点处容抗最低，为了使其共振点后移，emi防护单元选用lcc的组合形式。当c1＝c3＝4.7nf，c2＝c4＝330pf，l1＝l2＝1.2uh，截止频率为2mhz。

所述的无源低通滤波单元中，当r5＝r6＝4.7kω，c7＝c8＝10nf，c6＝10nf时，无源低通截止频率为fl＝1038.7hz。

所述的差分放大单元中，r1＝510ω，计算得出k＝-97.9。

所述的有源二阶低通滤波单元中，当r8＝r9＝10kω，c9＝c10＝47nf时，有源低通截止频率为f^*l＝311.7hz。

所述的信号采集方法中，将电压范围为0mv～100mv，频率范围为0hz～20hz的该型发动机辅助动力系统压力传感器信号电压放大到[0v,10v]，前后级总低通截止频率为210hz，放大滤波过程中误差为±0.5％。

该型电子控制器已经交付用户使用，压力传感器信号采集方法满足工作稳定、可靠，可以实现复杂微弱压力信号的精确采集。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加。