發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，方波轉(zhuǎn)正弦波電路將來自控制器CPU的方波信號轉(zhuǎn)換為兩路標(biāo)準(zhǔn)的同頻正弦波信號，經(jīng)反向運算放大器放大后通過兩路功率輸出放大器分別輸出到油針位置激勵輸出單元；激勵正弦波放大級輸出的正弦波經(jīng)比較器和整形電路整形為三路標(biāo)準(zhǔn)的同頻接地方波信號，送到油針位置激勵、正弦SIN、余弦COS檢測通道的正弦波轉(zhuǎn)半波單元組，將正弦波放大級輸出的正弦波下半周翻轉(zhuǎn)為倍頻半波信號，通過三路檢測通道上的半波轉(zhuǎn)直流電壓單元組濾波、整形變換為平滑的直流電壓；發(fā)動機電子控制器CPU根據(jù)AD轉(zhuǎn)換電壓值的三角函數(shù)關(guān)系，計算出油針位置大小，判斷外部油針位置傳感器的激勵、正弦、余弦三個繞組阻抗和相位是否匹配。
【專利說明】發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于角位置傳感器的驅(qū)動和角度信號解析方面的檢測電路，尤其是適用于發(fā)動機油針位置傳感器的檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空發(fā)動機控制中，燃油計量裝置普遍采用力矩馬達或步進電機來改變油針位置，從而控制燃油流量。在航空發(fā)動機數(shù)字控制系統(tǒng)中，主要用于對油門桿位置、油針位置、導(dǎo)葉位置、噴口位置等線/角位移進行精確測量與控制。目前常見的角位置傳感器的驅(qū)動和檢測技術(shù)采用AD2S80等專用集成電路來實現(xiàn)，這些集成電路隨著輸出精度的提高，需要解析時間就越長，角度解析的實時性就越差。發(fā)動機工作時振動較大，溫度較高，干擾較強，針對發(fā)動機燃油流量檢測與控制，需要發(fā)動機電子控制器提供及時準(zhǔn)確的燃油流量信息，便于及時控制燃油流量，電子控制器對發(fā)動機的控制才能及時高效，發(fā)動機的工作才能靈活機動。顯然目前常用的角位置傳感器檢測專用集成電路不能勝任發(fā)動機油針位置的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在問題，提供一種采用器件較少，能夠?qū)碜钥刂破鰿PU的2500HZ方波轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的同頻正弦波作為激勵輸出的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，該檢測電路誤差小，檢測速度較快實時性高，工作穩(wěn)定可靠。
[0004]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，包括方波轉(zhuǎn)正弦波電路、油針位置激勵放大電路、油針位置激勵輸出單元、正弦波轉(zhuǎn)方波單元、正弦波轉(zhuǎn)半波單元和半波轉(zhuǎn)直流電壓單元，其特征在于:方波轉(zhuǎn)正弦波電路將來自控制器CPU的方波信號轉(zhuǎn)換為兩路標(biāo)準(zhǔn)的同頻正弦波信號，經(jīng)反向運算放大器放大后通過兩路功率輸出放大器分別輸出到油針位置激勵輸出單元；激勵正弦波放大級輸出的正弦波經(jīng)比較器和整形電路整形為三路標(biāo)準(zhǔn)的同頻接地方波信號，三路同頻接地方波信號送到油針位置激勵、正弦SIN、余弦COS檢測通道的正弦波轉(zhuǎn)半波單元組，將正弦波放大級輸出的正弦波下半周翻轉(zhuǎn)為倍頻半波信號，倍頻半波信號通過三路檢測通道上的半波轉(zhuǎn)直流電壓單元組濾波、整形變換為平滑的直流電壓，并送到AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值；發(fā)動機電子控制器CPU根據(jù)AD轉(zhuǎn)換電壓值的三角函數(shù)關(guān)系，計算出油針位置大小，判斷外部油針位置傳感器的激勵、正弦SIN、余弦COS三個繞組阻抗和相位是否匹配，是否存在短路、斷路的情況。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0006]本發(fā)明激勵、正弦SIN、余弦COS三路檢測通道正弦波放大單元對傳感器輸入輸出線纜引入的干擾信號具有吸收作用，傳感器輸入輸出信號均有限流、限幅保護，使油針位置傳感器外部短路和尖峰脈沖不會造成電路損壞，外部引入的高壓和干擾信號不會造成油針位置處理損壞。[0007]本發(fā)明提供的2500HZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路將來自控制器CPU的2500HZ方波轉(zhuǎn)換為相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的同頻正弦波，結(jié)構(gòu)思新穎，采用的器件較少，工作穩(wěn)定可靠，該正弦波經(jīng)過實際觀測非常平滑。
[0008]本發(fā)明為提高油針位置傳感器檢測結(jié)果精確度，各級電路均采用高性能運放，正弦波放大級、正弦波轉(zhuǎn)半波單元中與波形幅值放大倍數(shù)有關(guān)的電阻都是精度小于0.1%，溫飄小于10ppm/K。通過激勵、正弦SIN、余弦COS三個相同正弦波轉(zhuǎn)直流電壓的檢測通道獲取的電壓值紋波較小，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后獲取的油針位置經(jīng)過實測誤差均小于0.05°。
[0009]本發(fā)明油針位置激勵輸出的2500HZ正弦波，從放大器輸出端經(jīng)過了幾十歐姆的限流電阻才到傳感器激勵端，可以避免外部傳感器激勵部分短路損壞電路。
[0010]本發(fā)明激勵、正弦SIN、余弦COS三個采樣通道，由于大量采用高性能運算放大器和高精度低溫飄電阻、優(yōu)化的放大和變換電路，具有工作穩(wěn)定可靠、采集精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，經(jīng)過局部參數(shù)調(diào)整可以廣泛應(yīng)用于類似處理電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]圖1本發(fā)明發(fā)動機油針位置檢測電路框圖。
[0013]圖2是圖1中2500HZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路原理圖。
[0014]圖3是發(fā)動機油針位置信號處理電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0015]參閱圖1。發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路包括2500HZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路、油針位置激勵放大電路、油針位置激勵輸出單元、半波控制單元，以及油針位置激勵、正弦SIN、余弦COS三路通道的正弦波放大電路、正弦波轉(zhuǎn)半波單元、半波轉(zhuǎn)直流電壓單元。發(fā)動機電子控制器CPU的產(chǎn)生的2500HZ方波送到2500HZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路中，方波轉(zhuǎn)正弦波電路將發(fā)動機控制器CPU輸出的2500HZ方波信號轉(zhuǎn)換為兩路標(biāo)準(zhǔn)的2500HZ同頻正弦波信號送到油針位置傳感器激勵端。油針位置傳感器輸出的正弦SIN、余弦COS信號進入油針位置檢測電路，形成油針位置激勵信號、正弦SIN、余弦COS信號三路類同的采集通道；激勵正弦波放大級輸出的正弦波經(jīng)比較器和整形電路整形為三路標(biāo)準(zhǔn)的同頻接地方波信號，三路同頻接地方波信號送到油針位置激勵、正弦SIN、余弦COS檢測通道的正弦波轉(zhuǎn)半波單元組，將正弦波放大級輸出的正弦波下半周翻轉(zhuǎn)，將處理信號轉(zhuǎn)換為倍頻半波信號，倍頻半波信號通過三路檢測通道上的半波轉(zhuǎn)直流電壓單元組濾波、整形變換為平滑的直流電壓。這樣油針位置傳感器三路輸入輸出信號經(jīng)過幅度放大、正弦波轉(zhuǎn)半波、半波轉(zhuǎn)直流處理，得到與輸入信號幅度相對應(yīng)的電壓信號給AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值，發(fā)動機電子控制器CPU根據(jù)AD轉(zhuǎn)換電壓值的三角函數(shù)關(guān)系，計算出油針位置大小，判斷外部油針位置傳感器的激勵、正弦SIN、余弦COS三個繞組阻抗和相位是否匹配，是否存在短路、斷路的情況。從而實時得到發(fā)動機供油量，依據(jù)該供油量發(fā)動機電子控制器可以進一步對發(fā)動機進行實時油量控制。
[0016]參閱圖2，在2500HZ方波轉(zhuǎn)正弦波電路中，運算放大器U3A、U2A、U1A和UlB構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路將控制器CPU輸出的2500HZ方波轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的2500HZ正弦波，其中運算放大器U3A將方波轉(zhuǎn)換正弦波，運算放大器U2A進行幅度放大，運算放大器U1A、UlB構(gòu)成改變U3A輸入信號幅度的反饋回路。為了避免輸出幅值過高，從功率放大器U2B輸出的信號由雙二極管Q2構(gòu)成限幅電路抑制輸出電壓幅度；從功率放大器U4A輸出的信號由雙二極管Q3限幅電路抑制輸出電壓幅度。
[0017]2500HZ正弦波頻率由功率放大器U2B放大電路進行功率放大，通過電阻R16限流輸出到角位置傳感器激勵的正端，外部傳感器激勵端短路不會造成U2B損壞，積分電容C2構(gòu)成的負(fù)反饋可以確保電路工作紋波較少，盡量少受外界干擾。反饋電阻R7從油針位置激勵輸出正端采集信號到U2B輸入負(fù)端，可以確保輸出幅度穩(wěn)定，不受限流電阻R16影響。
[0018]2500HZ正弦波通過運算放大器U3B放大電路反向，U3B輸入輸出端跨接有確定放大倍數(shù)的電阻Rll和改善紋波的積分電容ClO ;運算放大器U3B放大電路輸出的2500HZ正弦波頻率由運算放大器U4A進行功率放大，通過限流電阻R17輸出到腳位置傳感器激勵的負(fù)端，外部傳感器激勵端短路不會造成U4A損壞。積分電容C3構(gòu)成的負(fù)反饋可以確保電路工作紋波較少，盡量少受外界干擾。反饋電阻R12從油針位置激勵輸出負(fù)端采集信號到U4A輸入負(fù)端，可以確保輸出幅度穩(wěn)定，不受限流電阻R17影響。
[0019]為了抑制噪聲和外部干擾，發(fā)動機油針位置2500HZ正弦波激勵輸出正端和2500HZ正弦波激勵輸出負(fù)端之間有串聯(lián)在一起的電容器C6和電阻R18，這兩個器件可以吸收頻率過高的干擾信號，進一步使得輸出正弦波平滑。
[0020]參閱圖3。U12A和U12B構(gòu)成的電路為激勵通道正弦波放大電路，U16A、U17A和U18構(gòu)成的電路為半波控制單元，U13A構(gòu)成的電路為激勵通道正弦波轉(zhuǎn)半波電路，U13B構(gòu)成的電路為激勵通道半波轉(zhuǎn)直流電壓電路；U14A構(gòu)成的電路為SIN通道正弦波放大電路，U19A構(gòu)成的電路為SIN通道正弦波轉(zhuǎn)半波電路，U19B構(gòu)成的電路為SIN通道半波轉(zhuǎn)直流電壓電路；U14B構(gòu)成的電路為COS通道正弦波放大電路，U20A構(gòu)成的電路為COS通道正弦波轉(zhuǎn)半波電路，U20B構(gòu)成的電路為COS通道半波轉(zhuǎn)直流電壓電路。
[0021]為防止高頻干擾信號輸入，確保正弦波放大器輸出波形平滑，在油針位置激勵放大電路中，激勵正弦波放大級電路的運算放大器U12B的正向輸入端與地之間連接有電容器C17和電阻R36構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路；在油針位置激勵放大電路中，在余弦cos正弦波放大級電路的運算放大器U14A的正向輸入端與地之間連接有電容器C24和電阻R56構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路；在正弦SIN正弦波放大級電路的運算放大器U14B的正向輸入端與地之間連接有電容器C28和電阻R68構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路。為確保放大器幅度放大的精確度，同時避免輸入高電壓、大電流信號損壞電路，這些放大電路都是輸入和反饋電阻都是高精度高阻值電阻，這些電阻分別為激勵輸入正端電阻R33和激勵輸入負(fù)端電阻R34，余弦cos輸入正端電阻R53和輸入負(fù)端電阻R54，正弦SIN輸入正端電阻R65和輸入負(fù)端電阻R66，三路正弦波放大級電路的反饋電阻R35、R57、R69，這些電阻都是直接影響放大器放大倍數(shù)和輸出正弦波幅度，要求電阻值誤差精度小于0.1%，阻值大于或等于100K，溫飄小于10ppm/Ko
[0022]為了進一步抑制干擾，確保正弦波放大器輸出穩(wěn)定，在激勵正弦波放大級電路的運算放大器U12B有積分電容的C18作為負(fù)反饋器件；在余弦cos正弦波放大級電路的運算放大器U14A有積分電容的C25負(fù)反饋器件；在正弦SIN正弦波放大級電路的運算放大器U14B有積分電容的C29負(fù)反饋器件。
[0023]在油針位置處理電路中，為抑制幅度較高的輸入信號，避免電路損壞，確保電路工作穩(wěn)定，在激勵正弦波放大級電路激勵輸入正端電阻R33和激勵輸入負(fù)端電阻R34之間并聯(lián)有限幅雙二極管Q11。余弦Cos輸入正端電阻電阻R53和輸入負(fù)端電阻R54之間并聯(lián)有限幅雙二極管Q12 ;正弦SIN輸入正端電阻R65和輸入負(fù)端電阻R66之間并聯(lián)有限幅雙二極管Q13。
[0024]U12A輸出的正弦波順次經(jīng)過的運算放大器U16A反相放大和U17A整形反相后轉(zhuǎn)換為方波，當(dāng)正弦波正半周到達時，U17A輸出5V方波，該方波經(jīng)過電子開關(guān)U18轉(zhuǎn)換為三路隔離的脈沖接地信號，這三路接地信號分別到激勵、正弦SIN、余弦cos通道的正弦波轉(zhuǎn)半波單元協(xié)助將正弦波信號轉(zhuǎn)換為半波信號。U12A輸出激勵正弦波經(jīng)過電阻R37到電阻R45和C20構(gòu)成的負(fù)載和濾波電路后到U12B，經(jīng)過U12B射隨放大后到激勵正弦波轉(zhuǎn)半波電路。
[0025]U12B、U14A、U14B分別輸出的激勵、正弦SIN、余弦cos三路正弦波放大級輸出信號到各自的正弦波轉(zhuǎn)半波放大電路。U13A正弦波轉(zhuǎn)半波放大電路由電阻R47和R49確定放大倍數(shù)；U19A正弦波轉(zhuǎn)半波放大電路由電阻R59和R61確定放大倍數(shù)；U20A正弦波轉(zhuǎn)半波放大電路由電阻R71和R73確定放大倍數(shù)，這些電阻采用電阻值誤差精度小于0.1%，溫飄小于10ppm/K的電阻。確保正弦波轉(zhuǎn)半波放大電路輸出穩(wěn)定抗干擾，U13A有積分電容的C21作為負(fù)反饋器件；U19A有積分電容C26為負(fù)反饋器件；U20A有積分電容C30為負(fù)反饋器件。
[0026]當(dāng)輸入正弦波的負(fù)半周到達時，電子開關(guān)器件U18輸出接地信號，該接地信號與U13A、U19A、U20A放大電路輸入正端串聯(lián)的兩個電阻相作用，使得運算放大器U13A、U19A、U20A對輸入信號進行反相放大；當(dāng)輸入正弦波的正半周到達時，電子開關(guān)U18不輸出接地信號，運算放大器U13A、U19A、U20A對輸入信號進行正常同相放大。經(jīng)過U13A、U19A、U20A放大器構(gòu)成正弦波轉(zhuǎn)半波單元電路就將2500HZ正弦波就轉(zhuǎn)換為5000HZ半波信號。
[0027]5000HZ半波信號經(jīng)過半波轉(zhuǎn)直流電壓電路的運算放大器U13B、U19B、U20B濾波整形后變換為平滑的直流電壓。電阻R51和電容C22為U13B放大器輸入正端濾波，負(fù)反饋積分電容C23將半波進行積分；電阻R63和電容C14為U19B放大器輸入正端濾波，負(fù)反饋積分電容C27將半波進行積分；電阻R75和電容C31為U20B放大器輸入正端濾波，負(fù)反饋積分電容C32將半波進行積分，這樣半波信號就轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號。半波轉(zhuǎn)直流電壓單元的放大器是一個簡單有效的積分濾波電路，其輸出電壓信號紋波很小，可以大大提高采集電壓精度。
[0028]激勵、正弦SIN、余弦cos三路采集通道的直流輸出電壓大小直接和角位置傳感器激勵、正弦SIN、余弦cos輸入正弦波的幅值成正比，一般激勵的幅度是固定不變的，AD轉(zhuǎn)換后可以作為參考電壓，正弦SIN、余弦cos通道輸出電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后數(shù)值包含了發(fā)動機油針位置角度信息，發(fā)動機電子控制器CPU依據(jù)正弦值和余弦值算出油針位置角度。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，包括方波轉(zhuǎn)正弦波電路、油針位置激勵放大電路、油針位置激勵輸出單元、正弦波轉(zhuǎn)方波單元、正弦波轉(zhuǎn)半波單元和半波轉(zhuǎn)直流電壓單元，其特征在于:方波轉(zhuǎn)正弦波電路將來自控制器CPU的方波信號轉(zhuǎn)換為兩路標(biāo)準(zhǔn)的同頻正弦波信號，經(jīng)反向運算放大器放大后通過兩路功率輸出放大器分別輸出到油針位置激勵輸出單元；激勵正弦波放大級輸出的正弦波經(jīng)比較器和整形電路整形為三路標(biāo)準(zhǔn)的同頻接地方波信號，三路同頻接地方波信號送到油針位置激勵、正弦SIN、余弦COS檢測通道的正弦波轉(zhuǎn)半波單元組，將正弦波放大級輸出的正弦波下半周翻轉(zhuǎn)為倍頻半波信號，倍頻半波信號通過三路檢測通道上的半波轉(zhuǎn)直流電壓單元組濾波、整形變換為平滑的直流電壓，并送到AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值；發(fā)動機電子控制器CPU根據(jù)AD轉(zhuǎn)換電壓值的三角函數(shù)關(guān)系，計算出油針位置大小，判斷外部油針位置傳感器的激勵、正弦SIN、余弦COS三個繞組阻抗和相位是否匹配，是否存在短路、斷路的情況。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:在方波轉(zhuǎn)正弦波電路中，運算放大器U3A、U2A、U1A和UlB構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路將控制器CPU輸出的2500HZ方波轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的2500HZ正弦波，其中運算放大器U3A將方波轉(zhuǎn)換正弦波，運算放大器U2A進行幅度放大，運算放大器U1A、U1B構(gòu)成改變U3A輸入信號幅度的反饋回路，從功率放大器U2B輸出的信號由雙二極管Q2構(gòu)成限幅電路抑制輸出電壓幅度；從功率放大器U4A輸出的信號由雙二極管Q3限幅電路抑制輸出電壓幅度。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:2500HZ正弦波頻率由功率放大器U2B放大電路進行功率放大，通過電阻R16限流輸出到角位置傳感器激勵的正端，積分電容C2構(gòu)成負(fù)反饋，反饋電阻R7從油針位置激勵輸出正端采集信號到U2B輸入負(fù)端。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:2500HZ正弦波通過運算放大器U3B放大電路反向，U3B輸入輸出端跨接有確定放大倍數(shù)的電阻Rll和改善紋波的積分電容C10。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:運算放大器U3B放大電路輸出的2500HZ正弦波頻率由運算放大器U4A進行功率放大，通過限流電阻R17輸出到腳位置傳感器激勵的負(fù)端，積分電容C3構(gòu)成的負(fù)反饋，反饋電阻R12從油針位置激勵輸出負(fù)端采集信號到U4A輸入負(fù)端。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:油針位置激勵放大電路輸出正端和輸出負(fù)端之間設(shè)有串聯(lián)在一起的電容器C6和電阻R18。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:在油針位置激勵放大電路中，激勵正弦波放大級電路的運算放大器U12B的正向輸入端與地之間連接有電容器C17和電阻R36構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:在油針位置激勵放大電路中，在余弦cos正弦波放大級電路的運算放大器U14A的正向輸入端與地之間連接有電容器C24和電阻R56構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路；在正弦SIN正弦波放大級電路的運算放大器U14B的正向輸入端與地之間連接有電容器C28和電阻R68構(gòu)成的并聯(lián)濾波吸收電路。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:在激勵正弦波放大級電路的運算放大器U12B有積分電容的C18作為負(fù)反饋器件；在余弦cos正弦波放大級電路的運算放大器U14A有積分電容的C25負(fù)反饋器件；在正弦SIN正弦波放大級電路的運算放大器U14B有積分電容的C29負(fù)反饋器件。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動機油針位置傳感器檢測電路，其特征在于:當(dāng)輸入正弦波的負(fù)半周到達時，電子開關(guān)器件U18輸出接地信號，該接地信號與U13A、U19A、U20A放大電路輸入正端串聯(lián)的兩個電阻相作用，使得運算放大器U13A、U19A、U20A對輸入信號進行反相放大；當(dāng)輸入正弦波的正半周到達時，電子開關(guān)U18不輸出接地信號，運算放大器U13A、U19A、U20A對輸入信號進行正常同相放大j^lU13A、U19A、U20A放大器構(gòu)成正弦波轉(zhuǎn)半波單元電路就將2500HZ正弦波就轉(zhuǎn)換為5000HZ半波信號。
【文檔編號】G01D5/12GK104019833SQ201410264352
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】許會元, 楊東, 甘祥 申請人:四川亞美動力技術(shù)有限公司