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具备自激励测试的模拟量采集方法及采集系统

申请号 CN202311825100.3 申请日 2023-12-27 公开(公告)号 CN117891386A 公开(公告)日 2024-04-16
申请人 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所; 发明人 李振华; 喻鸣; 白洁; 赵建平; 黄新阳; 曹爱斌;
摘要 本 发明 的具备自激励测试的模拟量采集方法及采集系统,解决现有的 发动机 模拟量采集检测 电路 引入噪声较大的问题。针对被采集模拟量的类型,通过DDS和“FPGA+DA转换器”产生相应的检测 信号 ,并通过模拟 开关 来控制流入到AI中的信号类型,在 选定 注入信号的 基础 上,通过差分注入电路平和注入阻抗来消除信号干扰,为发动机模拟采集电路提供了开路/ 短路 检测、滤波性能测试、BIT功能测试、抗干扰能 力 测试的功能。本发明功能丰富、通用型强、抗干扰能力强,能够为多种常用的模拟量采集电路提供测试功能,对检测量采集电路的功能、性能具有重要意义。
权利要求

1.一种具备自激励测试的模拟量采集系统,其特征在于,包括模拟开关电路,所述模拟开关电路包括开关矩阵和差分注入电路,其中,
所述开关矩阵的输入端接收外部传输的实际模拟量信号及机载中信号产生电路产生的检测信号,用于选通所述检测信号,及对是否接收外部实际模拟量信号进行控制;
所述差分注入电路的输入端与所述开关矩阵的输出端连接,用于模拟输入信号叠加,并将叠加后的信号进行放大处理,且输送至后端调理电路二次处理。
2.根据权利要求1所述的模拟量采集系统,其特征在于,所述检测信号为模拟量测试信号,所述模拟量测试信号包括DDS产生幅值、相位、周期可调节的频率信号和FPGA芯片控制DA转化器所产生的BIT检测信号与噪声信号;
所述开关矩阵,能够对检测信号的选通及是否接收外部实际模拟量信号的进行控制。
3.根据权利要求2所述的模拟量采集系统,其特征在于,所述开关矩阵包括第一模拟开关K1、第二模拟开关K2、第三模拟开关K3和第四模拟开关K4,其中,
所述第一模拟开关K1与第四模拟开关K4控制检测信号的选通,所述第二模拟开关K2与第三模拟开关K3控制实际模拟量信号的选通。
4.根据权利要求3所述的模拟量采集系统,其特征在于,所述差分注入电路包括信号放大器电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5,其中,
所述电阻R1和电阻R2的一端分别与所述信号放大器反向输入端连接,另一端分别与第一模拟开关、第二模拟开关连接,所述电阻R3和电阻R4的一端分别与所述信号放大器的正向输入端连接,另一端分别与第三模拟开关、第四模拟开关连接,所述检测信号以差分的形式注入到信号放大器输入端,差分注入电路以差分注入的形式实现阻抗平衡与消除模拟量采集干扰的功能;
所述电阻R5的一端与电阻R1的输出端连接,另一端与所述信号放大器的输出端连接,用于所述信号放大器反向输入端的信号负反馈
5.根据权利要求4所述的模拟量采集系统,其特征在于,所述开关矩阵还包括多端口,所述第一模拟开关K1对应三个输入端口S1、开路端口S14、短路端口S15和接地端口S16,所述三个输入端口S1包括端口S11、端口S12和端口S13;
所述第四模拟开关K4对应三个输入端口S4、开路端口S44、短路端口S45和接地端口S46,所述三个输入端口S4包括端口S41、端口S42和端口S43;
三个所述输入端口S1和三个输入端口S4均分别对应所述信号产生电路产生的频率量检测信号、模拟量检测信号和噪声注入;
所述短路端口S15与短路端口S45短接,所述开路端口S14与开路端口S44均为开路状态,所述接地端口S16和接地端口S46分别接地;
所述第二模拟开关K2对应两个输入端口S2、开路端口S23和接地端口S24,所述两个输入端口S2包括端口S21、端口S22;
所述第三模拟开关K3对应两个输入端口S3、开路端口S33和接地端口S34,所述两个输入端口S3包括端口S31、端口S32;
两个所述输入端口S2和两个输入端口S3均分别对应所述实际模拟量信号和实际频率量信号,开路端口S23和开路端口S33均为开路状态,接地端口S23和接地端口S33分别接地。
6.根据权利要求5所述的具备自激励测试的模拟量采集系统,其特征在于,通过开关矩阵实现单边采集与双边采集模式之间的切换,且能够实现单边采集的单边信号的重构。
7.一种具备自激励测试的模拟量采集方法,其特征在于,使用如权利要求1至6任意一项所述具备自激励测试的模拟量采集系统,所述模拟量采集方法,包括:
步骤1:使用DDS直接生成周期、相位、幅值可调的频率信号,并使用FPGA最小系统单元将需要输出的模拟量信号的数字输出给输出通道,输出通道将需要输出的数字量信号通过DA转换芯片转换成模拟量信号输出,可以输出干扰噪声信号,实现“FPGA+DA转换器”产生模拟信号的功能;
步骤2:通过FPGA芯片控制开关矩阵片选的选通模式,对四个模拟开关进行控制;
步骤3:在差分注入电路端设置阻值相同的输入电阻,以达到输入阻抗平衡的效果;
步骤4:经过差分注入电路接口的模拟量输入信号,再通过模拟差分注入电路,将测试信号叠加到模拟量采集信号中,并通过差分的形式采集干扰。

说明书全文

具备自激励测试的模拟量采集方法及采集系统

技术领域

[0001] 本发明涉及航空发动机测试的技术领域,尤其涉及一种具备自激励测试的模拟量采集方法及采集系统。

背景技术

[0002] 飞机机电系统中包含大量的压温度、转速、度等模拟信号,随着机电系统的高度集成、综合化发展,对模拟量的采集精度、采集速度和准确度有了更高的要求,同时,模拟器件的故障模式也会增多,经常会出现容差故障,导致模拟量BIT的设计比较困难。此外,通常的BIT测试电路,功能比较单一,对于微弱信号在BIT检测时,信号的注入同时会引入噪声,不能满足各种工作条件下的测试需求。

发明内容

[0003] 有鉴于此,本发明提供的具备自激励测试的模拟量采集系统,具有较强的抗干扰能力,消除系统采集信号的干扰。
[0004] 一种具备自激励测试的模拟量采集系统,具备自激励测试的模拟量采集系统,包括模拟开关电路,所述模拟开关电路包括开关矩阵和差分注入电路,其中,[0005] 所述开关矩阵的输入端接收外部传输的实际模拟量信号及机载中信号产生电路产生的检测信号,用于选通所述检测信号,及对是否接收外部实际模拟量信号进行控制;
[0006] 所述差分注入电路的输入端与所述开关矩阵的输出端连接,用于模拟输入信号叠加,并将叠加后的信号进行放大处理,且输送至后端调理电路二次处理。
[0007] 有益效果
[0008] 本发明以DDS直接数字式频率和成器与“FPGA+DA转换器”的模拟量生成方式,为具备自激励测试的模拟量采集系统提供了丰富的模拟量输入测试信号,提高了系统的可复用性,避免信号的干扰。开关矩阵的片选控制,提供了短路、开路、单边、双边四种工作转态,使系统可适配不同的模拟量采集电路。AI接口的平衡电阻,平衡了接口阻抗,保证了模拟量采集信号的完整性。模拟差分注入电路,采用差分注入的方式消除干扰信号对模拟量采集信号的影响,保证了模拟量采集信号的准确性在进行BIT测试的同时还具备干扰噪声注入、电路性能功能测试、开路以及短路功能测试、单双边输入信号可重构等功能,具有更广泛的应用。附图说明
[0009] 为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0010] 图1是本发明的功能原理框图
[0011] 图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
[0013] 以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例,而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
[0014] 要说明的是,下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见,本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中,且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0015] 还需要说示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0016] 另外,在以下描述中,提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而,所属领域的技术人员将理解,可在没有这些特定细节的情况下实践方面。
[0017] 采用模拟量测试信号由DDS和“FPGA+DA转换器”产生。DDS产生周期、相位、幅值可调的频率信号。FPGA最小系统单元产生模拟信号数字量,后经过DA转换器将其转换为模拟量信号输出。由四个模拟开关组成的开关矩阵,控制系统多种工作模式之间的切换,实现各种可测试功能,并由FPGA进行片选控制。参见图1具备自激励测试的模拟量采集系统,包括模拟开关电路,模拟开关电路包括开关矩阵和差分注入电路,其中,
[0018] 开关矩阵的输入端接收外部传输的实际模拟量信号及机载中信号产生电路产生的检测信号,用于选通检测信号,及对是否接收外部实际模拟量信号进行控制,实现不同检测信号的注入,对应不同的检测功能;
[0019] 差分注入电路的输入端与开关矩阵的输出端连接,用于模拟输入信号的叠加,并将叠加后的信号进行放大处理,采用模拟差分注入电路,通过差分的形式采集干扰,保证模拟量采集的精度,输送至后端调理电路二次处理。
[0020] 解决现有的发动机模拟量采集检测电路引入噪声较大、功能单一、通用性不强的问题。该系统针对被采集模拟量的类型,如,电压电流、频率等,通过DDS和“FPGA+DA转换器”产生相应的检测信号,并通过模拟开关来控制流入到AI中的信号类型(频率信号、模拟信号(电压/电流)、噪声),在选定注入信号的基础上,通过差分注入电路平和注入阻抗与消除信号干扰,为发动机模拟采集电路提供了开路/短路检测、滤波性能测试、BIT功能测试、抗干扰能力测试的功能。
[0021] 作为本案所提供的具体实施方式,检测信号为模拟量测试信号,模拟量测试信号包括DDS产生幅值、相位、周期可调节的频率信号和FPGA芯片控制DA转化器所产生的BIT检测信号与噪声信号,BIT检测信号一般包括电压信号、电流信号;
[0022] 开关矩阵受机载中采集系统的FPGA芯片控制,能够对检测信号的选通及是否接收外部实际模拟量信号的进行控制,具体的,开关矩阵包括第一模拟开关K1、第二模拟开关K2、第三模拟开关K3和第四模拟开关K4,其中,
[0023] 如图2所示,第一模拟开关K1与第四模拟开关K4控制检测信号的选通,第二模拟开关K2与第三模拟开关K3控制实际模拟量信号的选通。目的是:通过开关矩阵不同的选通状态,实现模拟量采集系统开路/短路检测、滤波性能测试、BIT功能测试和抗干扰能力测试的功能。
[0024] 进一步的,为达到输入阻抗平衡,优选的,在AI端设置阻值相同的输入电阻。差分注入电路包括信号放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5,其中,[0025] 电阻R1和电阻R2的一端分别与信号放大器反向输入端连接,另一端分别与第一模拟开关、第二模拟开关连接,电阻R3和电阻R4的一端分别与信号放大器的正向输入端连接,另一端分别与第三模拟开关、第四模拟开关连接,检测信号以差分的形式注入到信号放大器输入端,差分注入电路以差分注入的形式实现阻抗平衡与消除模拟量采集干扰的功能;
[0026] 电阻R5的一端与电阻R1的输出端连接,另一端与信号放大器的输出端连接,用于信号放大器反向输入端的信号负反馈,提高输出的稳定性
[0027] 作为本案所提供的具体实施方式,开关矩阵还包括多端口,如图2所示,开关矩阵还包括多端口,见表1开关接口组合功能对照表。
[0028]
[0029] 表1
[0030] 由表1及图2,第一模拟开关K1对应三个输入端口S1、开路端口S14、短路端口S15和接地端口S16,三个输入端口S1包括端口S11、端口S12和端口S13;
[0031] 第四模拟开关K4对应三个输入端口S4、开路端口S44、短路端口S45和接地端口S46,三个输入端口S4包括端口S41、端口S42和端口S43;
[0032] 三个输入端口S1和三个输入端口S4均分别对应信号产生电路产生的频率量检测信号、模拟量检测信号和噪声注入;
[0033] 短路端口S15与短路端口S45短接,开路端口S14与开路端口S44均为开路状态,接地端口S16和接地端口S46分别接地;
[0034] 第二模拟开关K2对应两个输入端口S2、开路端口S23和接地端口S24,两个输入端口S2包括端口S21、端口S22;
[0035] 第三模拟开关K3对应两个输入端口S3、开路端口S33和接地端口S34,两个输入端口S3包括端口S31、端口S32;
[0036] 两个输入端口S2和两个输入端口S3均分别对应实际模拟量信号和实际频率量信号,开路端口S23和开路端口S33均为开路状态,接地端口S23和接地端口S33分别接地。
[0037] 作为本案所提供的具体实施方式,通过开关矩阵实现单边采集与双边采集模式之间的切换,且能够实现单边采集的单边信号的重构。
[0038] 其次提供一种具备自激励测试的模拟量采集方法,使用如上述部分或全部所述的具备自激励测试的模拟量采集系统,模拟量采集方法,包括:
[0039] 步骤1:使用DDS(如,JDDS9910)直接生成周期、相位、幅值可调的频率信号,并使用FPGA最小系统单元(如,Virtex-4)将需要输出的模拟量信号的数字输出给输出通道,输出通道将需要输出的数字量信号通过DA转换芯片(如,DEC7744)转换成模拟量信号输出,可以输出干扰噪声信号,实现“FPGA+DA转换器”产生模拟信号的功能;
[0040] 步骤2:通过FPGA芯片控制开关矩阵片选的选通模式,对四个模拟开关(如,HI1-0548-5)进行控制;
[0041] 步骤3:在差分注入电路端设置阻值相同的输入电阻,以达到输入阻抗平衡的效果;
[0042] 步骤4:经过差分注入电路接口(AI接口)的模拟量输入信号,再通过模拟差分注入电路,将测试信号叠加到模拟量采集信号中,并通过差分的形式采集干扰。
[0043] 以上,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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