技术领域
[0001] 本
发明涉及航空
发动机技术领域，尤其涉及一种角位移传感器安装位置的便携式校准装置及校准方法。
背景技术
[0002] 带有数字
电子控制系统的航空发动机在地面试验时，需要对航空发动机上配装的用于指示发动机的
叶片转角以及发动机尾喷口位置的
风扇
压气机导叶角位移传感器α1、高压压气机导叶角位移传感器α2及喷口面积角位移传感器D8的安装位置进行校准，使各角位移传感器的位置与被测叶片角度或尾喷口刻度的对应关系，满足发动机试验技术文件的要求，保证发动机试验过程控制系统的安全，防止发动机出现喘振等较大损坏性事故。而每次对角位移传感器的安装位置进行校准均需要连接专用的地面检查仪和发动机地面试验打压设备，并进行反复调整角位移传感器的位置，占用航空发动机地面试验有效工作时间近5个小时，影响航空发动机地面试验的产能。
发明内容
[0003] 针对
现有技术的
缺陷，本发明提供一种角位移传感器安装位置的便携式校准装置及校准方法，实现对航空发动机配装的角位移传感器的安装位置进行校准。
[0004] 一方面，本发明提供一种角位移传感器安装位置的便携式校准装置，包括操作终端、USB数据线、背夹、连接插头以及
电缆；所述操作终端为
平板电脑；所述背夹安装在平板电脑
外壳上，背夹内安装有角位移传感器位置
数据采集模
块，角位移传感器位置数据采集模块的一端通过连接插头和电缆与被测的角位移传感器进行相连；角位移传感器位置数据采集模块的另一端通过USB数据线与平板电脑相连；
[0005] 所述平板电脑内置校准程序，当校准程序在平板电脑上运行时令平板电脑实现的功能包括：
[0006] (a)控制功能：控制角位移传感器位置数据采集模块启动和停止，对角位移传感器位置数据进行采集；
[0007] (b)回路自检功能：当角位移传感器位置数据采集模块的某一
信号回路未连接角位移传感器或角位移传感器故障时，在平板电脑的显示界面通过相应的文字信息进行提示；
[0008] (c)曲线及数值显示功能：显示α1、α2、D8角位移传感器的安装位置的数码值及整个校准过程中形成的角位移传感器的运动过程曲线；每个信号回路在界面以独立的曲线窗口及数值方式显示，窗口横坐标为时间，单位为s，纵坐标为数码值，单位为bit，显示刷新周期不低于500ms；
[0009] (d)数据存储功能：对任一角位移传感器安装位置的数码值，手动设置该数据开始存储时间和结束存储时间进行数据保存；
[0010] (e)数据分析功能：对已保存的数据，在平板电脑的显示界面进行及时数据分析，包括计算均值、方差、跳动量，并对已保存的历史数据进行回放分析；
[0011] (f)记录功能：记录该校准装置被操作的痕迹以及报故情况。
[0012] 优选地，所述角位移传感器位置数据采集模块包括CPU处理器、电源
电路、3路激励/反馈电路、3路调理电路、A/D转换电路、上电复位电路、外部看
门狗电路、USB通讯电路和422通讯电路；所述3路激励电路/反馈电路一端分别与3个角位移传感器相连，3路激励电路/反馈电路另一端分别与3路调理电路的一端相连，3路调理电路的另一端均与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端与CPU处理器相连，CPU处理器连接USB通讯电路后再通过USB数据线与平板电脑相连；CPU处理器通过USB通讯电路与平板电脑进行数据传输，平板电脑通过USB通讯电路下发启动指令给角位移传感器位置数据采集模块，控制A/D转换电路对各角位移传感器位置进行数据采集；所述上电复位电路、外部看门狗电路和422通讯电路均连接在CPU处理器上；电源电路为角位移传感器位置数据采集模块中的所有其他电路供电；激励/反馈电路用于提供角位移传感器所需的激励，并接收角位移传感器的反馈信号，将反馈
信号处理成A/D转换电路能够采集的直流信号；A/D转换电路用于把角位移传感器的反馈信号转换成
数字信号提供给CPU处理器进行采集；外部看门狗电路用于监控CPU处理器的运行；
[0013] 优选地，所述CPU处理器采用基于ARM7TDMI-S
内核设计的LPC2468微
控制器。
[0014] 优选地，所述角位移传感器位置数据采集模块的电源电路包括充电锂
电池和电源芯片；由220V的市电给充电锂电池充电，电源芯片把充电锂电池提供的5V
电压分别转化为3.3V数字电压和±15V模拟电压，3.3V电压为CPU处理器、422通讯电路、外部看门狗电路和上电复位电路供电，±15V模拟电压为3路激励/反馈电路供电；电源芯片根据A/D转换电路所使用的A/D转换器的具体型号进行供电。
[0015] 优选地，所述激励/反馈电路包括激励输出电路和反馈电路，激励输出电路输出400Hz、9V的方波信号给角位移传感器，反馈电路用于接收角位移传感器反馈的正弦信号并处理成3V或5V电压的直流信号供A/D转换电路进行采集。
[0016] 优选地，所述平板电脑的显示界面包括控制区域和显示区域，所述控制区域包括启动校准程序开始接收采集数据的接收数据按钮和停止校准程序接收采集数据的停止接收按钮、设置角位移传感器安装位置数据显示形式的编码按钮、控制采集的数据进行保存的记录按钮、用于查看和分析数据曲线的分析按钮以及用于记录该校准装置被操作的痕迹和报故情况的操作按钮；所述显示区域包括用于显示平板电脑通过USB数据线与角位移传感器位置数据采集模块的连接状态的显示框、用于实时显示角位移传感器安装位置数据的显示框以及用于显示采集的数据曲线的显示框。
[0017] 优选地，所述的角位移传感器安装位置数据设有多种显示形式，包括十六进制、二进制、比特值和物理值，由用户通过平板电脑显示界面的编码按钮选择其中一种形式进行角位移传感器安装位置的数据显示。
[0018] 另一方面，本发明还提供一种采用上述角位移传感器安装位置的便携式校准装置进行角位移传感器安装位置的校准方法，包括以下步骤：
[0019] 步骤1、将角位移传感器位置数据采集模块通过连接插头和电缆与安装在航空发动机上的风扇压气机导叶角位移传感器α1、高压压气机导叶角位移传感器α2及喷口面积角位移传感器D8进行连接，并将操作终端开机；
[0020] 步骤2、通过操作终端控制角位移传感器位置数据采集模块对角位移传感器的安装位置进行数据采集；
[0021] 步骤3、操作终端中保存校准过程中角位移传感器的运动位置对应的位置数据，形成曲线并在操作终端的显示界面显示，同时显示出角位移传感器安装位置的最大值、最小值和平均值；
[0022] 步骤4、将操作终端界面显示的角位移传感器安装位置最大值、最小值与航空发动机出厂试验文件中规定的三个角位移传感器的位置数据范围进行比对；
[0023] 如果操作终端界面显示的角位移传感器位置数据的最大值或者最小值不在航空发动机出厂试验文件中规定的位置数据范围内，则调整相应角位移传感器的安装位置，利用打压设备使角位移传感器移动，实时观察角位移传感器两端位置的数据是否合格，直到调整合格为止。
[0024] 优选地，步骤2中采集的位置数据为模拟量，将该模拟量通过A/D转换电路转为
数字量，并实时显示在操作终端的显示界面上；用户通过操作终端显示界面上的编码按钮选择十六进制、二进制、比特值和物理值多种编码形式中的一种形式进行角位移传感器安装位置数据的显示。
[0025] 由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的角位移传感器安装位置的便携式校准装置及校准方法，通过在便携式pad上安装角位移传感器位置数据采集模块对角位移传感器安装位置进行采集，并通过内置的校准程序进行显示处理，实现在发动机装配完成后预先对角位移传感器位置进行便携式校准，改变了校准流程，提高了发动机地面试验的产能。
附图说明
[0026] 图1为本发明
实施例提供的角位移传感器安装位置的便携式校准装置的结构
框图；
[0027] 图2为本发明实施例提供的CPU处理器与其外围电路的功能结构框图；
[0028] 图3为本发明实施例提供的电源电路的功能框图；
[0029] 图4为本发明实施例提供的激励/反馈电路的功能框图；
[0030] 图5为本发明实施例提供的A/D转换电路的功能框图；
[0031] 图6为本发明实施例提供的操作终端的显示界面示意图，其中(a)为为开机进入画面，(b)为曲线显示界面；
[0032] 图7为本发明实施例提供的角位移传感器安装位置的便携式校准装置与电缆和插头的连接距离示意图；
[0033] 图8为本发明实施例提供的角位移传感器安装位置的便携式校准装置与电缆和插头的接线关系图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0035] 本实施例以某厂航空发动机为例，使用本发明的角位移传感器安装位置的便携式校准装置及校准方法对该航空发动的风扇压气机导叶角位移传感器α1、高压压气机导叶角位移传感器α2及喷口面积角位移传感器D8进行位置检测及校准。
[0036] 本发明提供的一种角位移传感器安装位置的便携式校准装置，如图1所示，包括操作终端、USB数据线、背夹、连接插头以及电缆。操作终端为平板电脑，背夹安装在操作终端外壳上，背夹内安装有角位移传感器位置数据采集模块，角位移传感器位置数据采集模块的一端通过连接插头和电缆与被测的角位移传感器进行相连，另一端通过USB数据线与平板电脑相连；
[0037] 平板电脑内置校准程序，当校准程序在平板电脑上运行时令平板电脑实现的功能包括：
[0038] (a)控制功能：控制角位移传感器位置数据采集模块启动和停止对角位移传感器位置数据进行采集；
[0039] (b)回路自检功能：当角位移传感器位置数据采集模块的某一信号回路未连接角位移传感器或角位移传感器故障时，在平板电脑的显示界面通过相应的文字信息进行提示。三个角位移传感器通过电缆和插头与3个激励/反馈电路、A/D电路、CPU处理器和平板电脑内置的校准程序构成了三个信号采集回路。
[0040] (c)曲线及数值显示功能：显示α1、α2、D8角位移传感器的安装位置的数码值及整个校准过程中形成的角位移传感器的运动过程曲线；每个信号回路在界面以独立的曲线窗口及数值方式显示，窗口横坐标为时间，单位为s，纵坐标为数码值，单位为bit，显示刷新周期不低于500ms；
[0041] (d)数据存储功能：对任一角位移传感器安装位置的数码值，手动设置该数据开始存储时间和结束存储时间进行数据保存；
[0042] (e)数据分析功能：对已保存的数据，在平板电脑的显示界面进行及时数据分析，包括计算均值、方差、跳动量，并对已保存的历史数据进行回放分析；
[0043] (f)记录功能：记录该校准装置被操作的痕迹以及报故情况。
[0044] 角位移传感器位置数据采集模块，如图1所示，包括CPU处理器、电源电路、3路ДП110激励/反馈电路、3路调理电路、A/D转换电路、上电复位电路、外部看门狗电路、USB通讯电路和422通讯电路；3路ДП110激励电路/反馈电路一端分别与3个角位移传感器相连，3ДП110路激励电路/反馈电路另一端分别与3路调理电路的一端相连，3路调理电路的另一端均与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端与CPU处理器的相连，CPU处理器还通过USB数据线与平板电脑相连；所述上电复位电路、外部看门狗电路、USB通讯电路和
422通讯电路均连接在CPU处理器上；CPU处理器通过USB通讯电路与平板电脑进行数据传输，平板电脑通过USB通讯电路下发启动指令给角位移传感器位置数据采集模块，控制A/D转换电路对各角位移传感器位置进行数据采集；电源电路为角位移传感器位置数据采集模块中所有电路供电；激励/反馈电路用于提供角位移传感器所需的激励，并接收角位移传感器的反馈信号，将反馈信号处理成A/D转换电路能够采集的直流信号；A/D转换电路用于把角位移传感器的反馈信号转换成数字信号提供给CPU处理器进行采集；外部看门狗电路用于监控CPU处理器的运行；
[0045] 本实施例中，CPU处理器采用基于ARM7TDMI-S内核设计的LPC2468
微控制器，该CPU处理器如图2所示，包括512kB片内Flash程序
存储器、98kB片内SRAM、USB 2.0全速双端口设备/主机/OTG控制器，带有片内PHY和相关的DMA控制器；1个10/100以太网媒体
访问控制器(MAC)、4个UART、2路控制器局域网(CAN)通道、1个SPI
接口、2个同步串行端口(SSP)、3个I2C接口和1个I2S接口、SD/MMC存储卡接口、4个通用
定时器/计数器、2个PWM/定时器模块、
看门狗定时器(WDT)等外设功能，满足CPU处理器的功能需求。
[0046] 虽然CPU自带内部看门狗，为了安全起见，再给CPU配备一个外部看门狗，同时监控CPU的运行。再引出一路CPU的UART进行RS422通讯，用于调试排故时使用。为保证CPU内核的正常工作，在CPU的复位管脚上做了一个上电复位电路。通过外部晶振，直接提供12MHz的
时钟信号供CPU使用。
[0047] 本发明的角位移传感器安装位置的便携式校准装置主要通过USB把CPU处理器采集到的传感器反馈信号传递给平板电脑，平板电脑接收到数据后显示在屏幕上，也可以通过USB下发指令给CPU启动数据采集，进入休眠模式等功能。
[0048] 本实施提供的CPU处理器自带USB2.0，并带有片内的PHY和DMA控制器，因此直接引出CPU处理器的USB即可与平板进行通讯连接。
[0049] 角位移传感器位置数据采集模块的电源电路，如图3所示，包括充电锂电池和电源芯片；由220V的市电给充电锂电池充电，电源芯片把充电锂电池提供的5V电压分别转化为3.3V数字电压和±15V模拟电压，3.3V电压为CPU处理器、422通讯电路、外部看门狗电路和上电复位电路供电，±15V模拟电压为3路激励/反馈电路供电；电源芯片根据A/D转换电路所使用的A/D转换器的具体型号进行供电。
[0050] 3路ДП110激励/反馈电路，如图4所示，包括激励输出电路和反馈电路，激励输出电路输出400Hz、9V的方波信号给角位移传感器，反馈电路用于接收角位移传感器反馈的正弦信号并处理成3V或5V电压的直流信号供A/D转换电路进行采集。
[0051] A/D转换电路，如图5所示，包括信号RC滤波电路、多路
开关、运放放大、A/D转换芯片，完成对3路传感器反馈信号采集，最后输出数字信号给CPU。A/D转换芯片选用14位逐次逼近型ADC——AD7899，
采样时间为2.5us，外加2.5V精密基准源，通过CPU的访问控制完成模拟量信号输入的转换，并通过
并行总线接口将数据传输给CPU。
[0052] 平板电脑的显示界面，如图6的(a)和(b)所示，包括控制区域和显示区域，控制区域包括启动校准程序开始接收采集数据的接收数据按钮和停止校准程序接收采集数据的停止接收按钮、设置角位移传感器安装位置数据显示形式的编码按钮、控制采集的数据进行保存的记录按钮、用于查看和分析数据曲线的分析按钮以及用于记录该校准装置被操作的痕迹和报故情况的操作按钮；显示区域包括用于显示平板电脑通过USB数据线与背夹的连接状态的显示框、三个分别用于实时显示三个角位移传感器安装位置数据的显示框以及用于显示采集的数据曲线的显示框。本实施例中，图6(a)为开机进入画面，图6(b)为曲线显示界面，点击图6(a)开机画面中的接收数据按钮，平板电脑的显示屏上三个角位移传感器安装位置数据的显示框内显示采集的实时数据，点击编码按钮选择采集的位置数据的编码形式，点击α1、α2、D8三个角位移传感器所对应的分析按钮，在图6(b)的曲线显示界面显示α1、α2、D8角位移传感器的安装位置的最大值、最小值、平均值及整个校准过程中形成的角位移传感器的运动过程曲线。点击记录按钮对位置数据进行保存，再次点击记录按钮停止对位置数据进行保存。点击操作按钮记录该校准装置被操作的痕迹以及报故情况。点击停止接收按钮停止采集角位移传感器的位置数据。
[0053] 平板电脑的显示界面显示的角位移传感器安装位置数据设有多种显示形式，包括十六进制、二进制、比特值和物理值，由用户通过操作终端显示界面的编码按钮选择其中一种形式进行角位移传感器安装位置的数据显示。
[0054] 本发明还提供一种采用上述角位移传感器安装位置的便携式校准装置进行角位移传感器安装位置的校准方法，包括以下步骤：
[0055] 步骤1、将角位移传感器位置数据采集模块通过连接插头和电缆与安装在航空发动机上的风扇压气机导叶角位移传感器α1、高压压气机导叶角位移传感器α2及喷口面积角位移传感器D8进行连接，并将操作终端开机。本实施例中，如图7和8所示，角位移传感器位置数据采集模块通过插座X1z、插头X1t和插头X55和两根长度分别为0.05m和10m的电缆与三个角位移传感器进行连接。
[0056] 步骤2、通过操作终端控制角位移传感器位置数据采集模块对角位移传感器的安装位置进行数据采集；采集的位置数据为模拟量，将该模拟量通过A/D转换电路转为数字量，并实时显示在操作终端的显示界面上；用户通过操作终端显示界面上的编码按钮选择十六进制、二进制、比特值和物理值多种编码形式中的一种形式进行角位移传感器安装位置数据的显示。
[0057] 步骤3、操作终端中保存校准过程中角位移传感器的运动位置对应的位置数据，形成曲线并在操作终端的显示界面显示，同时显示出角位移传感器安装位置的最大值、最小值和平均值；获取的角位移传感器位置数据的平均值只作为参考值，不作为判断依据。
[0058] 步骤4、将操作终端界面显示的角位移传感器安装位置最大值、最小值与航空发动机出厂试验文件中规定的三个角位移传感器的位置数据范围进行比对。
[0059] 如果操作终端界面显示的角位移传感器位置数据的最大值或者最小值不在航空发动机出厂试验文件中规定的位置数据范围内，则调整相应角位移传感器的安装位置，利用打压设备使角位移传感器移动，实时观察角位移传感器两端位置的数据是否合格，直到调整合格为止。
[0060] 航空发动机出厂试验文件中规定的三个角位移传感器的位置数据范围如下：
[0061] 角位移传感器α1的位置数据范围为：最小值的范围为500～600bit，最大值的范围为3800～4000bit：
[0062] 角位移传感器α2的位置数据范围为：最小值的范围为400～500bit，最大值的范围为2800～3000bit；
[0063] 角位移传感器D8的位置数据范围为：最小值的范围为200～300bit，最大值的范围为4800～5000bit。
[0064] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明
权利要求所限定的范围。
