專(zhuān)利名稱(chēng)：一種航空專(zhuān)用位移傳感器的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，涉及一種無(wú)源傳感器的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方法，尤其是一種航空領(lǐng)域的無(wú)源電感性非接觸式位移傳感器(Aerospace Inductive Proximity Sensors)的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方法，以及使用查表法計(jì)算電感值的優(yōu)化方法，尤其適用于以查表法進(jìn)行r-L電路充放電曲線進(jìn)行采樣計(jì)算的查找表壓縮。
背景技術(shù)：
由于非接觸式位移傳感器具備比機(jī)械位移開(kāi)關(guān)更高的可靠性和MTBF (平均無(wú)故障工作小時(shí)數(shù))，被越來(lái)越多地應(yīng)用于航空領(lǐng)域的機(jī)電系統(tǒng)中。包括各類(lèi)航空器的起落架、客貨艙門(mén)、副翼、推力反向器等。涉及的航空器類(lèi)型包括大型民航客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等。工業(yè)領(lǐng)域中使用的非接觸式位移傳感器通常是有源的，體積大，線圈繞線粗，通過(guò) 強(qiáng)電流驅(qū)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)外輸出數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)，使用相對(duì)方便。然而該傳感器大電流的驅(qū)動(dòng)和控制方式無(wú)法滿(mǎn)足航空領(lǐng)域通用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。航空領(lǐng)域中無(wú)法采用工業(yè)領(lǐng)域的傳感器。目前航空領(lǐng)域使用的非接觸式位移傳感器的主要器件由兩家公司提供，分別是Crane (美國(guó))和Crouzet (法國(guó))。他們的產(chǎn)品原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同、主要參數(shù)指標(biāo)相似。傳感器是無(wú)源傳感器，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由一組線圈繞制而成。如圖I所示，接近式位移傳感器的等效電路模型是由純電阻r和電感L串聯(lián)構(gòu)成。其電感值和線圈通流能力都遠(yuǎn)小于工業(yè)用傳感器，電感最大值不超過(guò)10mH、線圈通流不超過(guò)20mA。目前業(yè)界流行的無(wú)源電感性非接觸式位移傳感器的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方法主要有兩種模擬測(cè)量法和數(shù)字測(cè)量法。模擬測(cè)量法是對(duì)傳感器線圈施加脈沖激勵(lì)后，通過(guò)比較器對(duì)比R-L放電曲線閾值從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電感量的測(cè)試。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)電感量值的判斷判斷出傳感器附近是否有目標(biāo)物體接近。這種做法是目前業(yè)界最常用的手段，電路簡(jiǎn)單、可靠。但是由于傳感器內(nèi)部電阻溫漂大，導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)工作溫度范圍小，有待解決工作溫度與測(cè)量精度之間的矛盾。數(shù)字測(cè)量法通常對(duì)傳感器電路施加正弦波激勵(lì)，通過(guò)對(duì)電壓和電流波形采樣，利用快速傅里葉變換(FFT)算法求出電壓和電流相位差，算出傳感器的電感量L。通過(guò)計(jì)算消除傳感器內(nèi)阻的溫漂，消除環(huán)境溫度帶來(lái)的測(cè)量誤差，擴(kuò)展工作溫度范圍。但是該方法測(cè)量穩(wěn)定性差、易受外界電磁煩擾、實(shí)時(shí)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種數(shù)?；旌系暮娇諏?zhuān)用位移傳感器的測(cè)量方法，該方法兼容了兩種傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)確保系統(tǒng)在軍標(biāo)溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)提高系統(tǒng)測(cè)量的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，且不存在浮點(diǎn)運(yùn)算，省去了 CPU或MCU硬件資源。為了保證以上方法的準(zhǔn)確實(shí)施，本發(fā)明設(shè)計(jì)了計(jì)算二維查找表的具體方法、查找表法量化誤差的評(píng)估方法以及大幅度壓縮查找表尺寸的方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的一種航空專(zhuān)用位移傳感器的測(cè)量方法，按照如下步驟(I)建立測(cè)量電路磁感應(yīng)傳感器由內(nèi)阻r和電感L構(gòu)成，其中內(nèi)阻r隨環(huán)境溫度變化而變化，電感L和傳感器附近金屬目標(biāo)接近程度有關(guān)；用串聯(lián)的限流電阻R、磁感應(yīng)傳感器、受控開(kāi)關(guān)構(gòu)成位移傳感器測(cè)量電路；在限流電阻R和內(nèi)阻r之間的電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)處設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。(2)建立查找表使用ADC測(cè)量第一固定延遲時(shí)間Tl對(duì)應(yīng)的第一電壓測(cè)量值Ul ；使用ADC測(cè)量第二固定延遲時(shí)間T2對(duì)應(yīng)的第二電壓測(cè)量值U2 ;得到r-L電路的放電電壓方程Ul (Tl，R，r, I)和U2(T2，R，r, I);其中Tl，T2，R都是常數(shù)，聯(lián)立兩個(gè)方程建立內(nèi)阻r和電感L關(guān)于放電電壓采樣值Ul和U2的查找表。(3)壓縮查找表，利用壓縮后的查找表進(jìn)行位移傳感器的測(cè)量以12位ADC為例，完整的二維查找表尺寸為212X212，存儲(chǔ)量16M個(gè)單元。為使本發(fā)明具備實(shí)用性，必須找到查找表的有效壓縮途徑才能使本方法具備實(shí)用性。充分利用實(shí)際電路中采樣值[U1，U2]的分布特征可對(duì)查找表進(jìn)行有效壓縮。所述步驟⑵是在第一固定延遲時(shí)間Tl和第二固定延遲時(shí)間T2之間受控開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)，電感L通過(guò)內(nèi)部和外部電阻進(jìn)行緩慢放電；初始時(shí)間TO受控開(kāi)關(guān)閉合，之后電感L開(kāi)始充電，其電流為
權(quán)利要求
1.一種航空專(zhuān)用位移傳感器的測(cè)量方法，其特征在于，按照如下步驟 (1)建立測(cè)量電路磁感應(yīng)傳感器由內(nèi)阻r和電感L構(gòu)成，其中內(nèi)阻值r隨環(huán)境溫度變化而變化，電感值L與傳感器附近金屬目標(biāo)接近程度有關(guān)；用串聯(lián)的限流電阻R、磁感應(yīng)傳感器、受控開(kāi)關(guān)構(gòu)成位移傳感器測(cè)量電路；在限流電阻R和內(nèi)阻r之間的電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)處設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC; (2)建立查找表使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC測(cè)量第一固定延遲時(shí)間Tl對(duì)應(yīng)的第一電壓測(cè)量值Ul ;使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC測(cè)量第二固定延遲時(shí)間T2對(duì)應(yīng)的第二電壓測(cè)量值U2 ;得到r-L電路的放電電壓方程Ul(Tl，R，r，L)和U2(T2，R，r，L);其中Tl、T2、R都是常數(shù)，聯(lián)立兩個(gè)方程建立內(nèi)阻r和電感L關(guān)于放電電壓采樣值Ul和U2的查找表； (3)壓縮查找表，利用壓縮后的查找表進(jìn)行傳感器測(cè)量過(guò)程中的計(jì)算。
2.如權(quán)利要求I所述的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(2)是 在第一固定延遲時(shí)間Tl和第二固定延遲時(shí)間T2之間受控開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)，電感L通過(guò)內(nèi)部和外部電阻進(jìn)行緩慢放電；初始時(shí)間TO受控開(kāi)關(guān)閉合，之后電感L開(kāi)始充電，其電流為
3.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，在證明給定采樣值[U1，U2]，方程組(4)有且只有唯一的解[L，r]的基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)化方法求解，過(guò)程如下 建立目標(biāo)函數(shù) 進(jìn)而得到
4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)量方法，其特征在于，利用采樣值[Ul，U2]受到測(cè)量電路模型的各種約束，對(duì)查找表進(jìn)行壓縮，過(guò)程如下 將Umax和采樣值(U1，Tl)和(U2，T2)代入方程(4)并整理得到
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種航空專(zhuān)用位移傳感器的測(cè)量方法，按照如下步驟(1)建立測(cè)量電路磁感應(yīng)傳感器由內(nèi)阻r和電感L構(gòu)成；(2)建立查找表使用ADC分別兩個(gè)固定延遲時(shí)間T1和T2對(duì)應(yīng)的電感放電電壓值U1和U2；得到r-L電路的放電電壓方程U1(T1，R，r，L)和U2(T2，R，r，L)；(3)壓縮查找表，利用壓縮后的查找表進(jìn)行位移傳感器的測(cè)量。本發(fā)明的測(cè)量方法確保系統(tǒng)在軍標(biāo)溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)提高系統(tǒng)測(cè)量的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，且不存在浮點(diǎn)運(yùn)算，省去了CPU或MCU硬件資源。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102620638SQ20121007826
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者邵志標(biāo), 郭一欣 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)