傳感器信號模擬電路設計研究

電子機電論文編號:JD754  設計字數:30405,頁數:43

目錄
第一章緒論 2
1.1航空發動機數字控制系統發展 2
1.2半物理仿真在航空發動機數控系統研制中的應用 4
1.3傳感器技術的發展及意義 5
.1.4信號模擬裝置在發動機數控系統半物理仿真中的應用 6
1.5國內外研究狀況 6
1.6本文的研究內容 6
第二章  數字式半物理實驗研究系統 8
2.1系統組成 8
2.2工作原理 8
2.3 電子控制器的接口信號 9
2.4傳感器信號模擬方案 9
第三章  發動機用常規傳感器 10
3.1傳感器的定義、組成及分類 10
3.1.1傳感器的定義和組成 10
3.1.2傳感器的分類 11
3.2發動機試驗對傳感器的要求 11
3.3發動機試驗用傳感器的選擇 12
3.4本試驗中所用傳感器 14
3.5信號模擬電路的設計方案 14
第四章  傳感器信號模擬電路設計 15
4.1電位計式傳感器信號模擬電路 15
4.1.1電位計式傳感器的原理 15
4.1.2模擬電路設計 17
4.2壓力傳感器信號模擬電路 18
4.2.1壓阻效應 18
4.2.2 壓阻式傳感器 19
4.2.3壓阻式壓力傳感器的組成 22
4.2.4壓力傳感器模擬電路設計 24
4.3溫度傳感器信號模擬電路 28
4.3.1鉑電祖簡介 29
4.3.2鉑電阻溫度傳感器的工作原理 29
4.3.3溫度傳感器模擬電路設計 30
4.4 0-10V信號模擬電路 34
4.5電源的設計 35
4.6接口與數據處理 36
4.6.1 D/A轉換 36
4.6.2數據采集、發送程序 37
4.6.3串行通信程序 38
第五章結束語 39
參考文獻 40
致謝 42

本文的研究內容
    電子控制器、傳感器及執行機構模擬系統是數字式半物理實驗研究系統的重要組成部分。數字式半物理實驗研究系統由發動機模擬計算機，傳感器信號模擬裝置(包含數據卡)，供油裝置，電子控制器仿真計算機(包含數據卡)，以及油源、驅動、配電、測控系統組成。
    傳感器信號進行A/D采樣前必須轉換、隔離、濾波。由于進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲，并且受著溫度漂移及非線性等各種因素的影響。為了方便隨后的處理過程，必須經過適當的接口電路的調理才一能滿足信號處理，顯示和控制的要求，調理就是放大，緩沖或定標模擬信號，使其適合于模數轉換器(ADC)的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到微控制器或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。此鏈路工作的關鍵是選擇運放，運放要正確在接口被測的各種類型的傳感器。然后，設計人員必須選擇ADC. ADC具有處理來自輸入電路的信號的能力，并能產生滿足數據采集系統分辨率，精度和取樣率的數字輸出，因為模擬信號轉換為數字信號是通過A/D轉換來完成的，而A/D轉換器的輸入范圍一般為±10V、±5V、±2. 5V、±1. 25V,±0.625V, 0～1OV, 0～5V, 0～2.5V等，因此對于非電壓信號，先將其轉換為電壓信號，對于毫伏級電壓信號，還應該將其放大為伏級電壓信號，以保證轉換精度。因此，必須根據各種傳感器信號特性的不同來區別使用不同類型的接口電路以輸出給信號調理電路，信號調理是把來自傳感器的模擬信號變換為用于數據采集、控制過程、執行計算、顯示讀出和其他目的的數字信號，以使信號利于A/D卡轉換。傳感器信號模擬裝置可經過參數的變化可應用于工業中不同的模擬系統當中。
傳感器信號模擬電路已經成為發動機控制系統設計、分析的基礎。論文將對數字式半物理實驗研究系統中的傳感器進行信號模擬，其主要目的是對研究系統中所需的各種傳感器信號進行模擬及處理，其模擬效果可以代替真實的傳感器。在完成數字電子控制器研制后，對發動機數字式電子控制器進行試驗研究，以檢查、考核、分析控制軟件和硬件的全部功能及可靠性。為了更安全、更可靠地進行試驗研究，在數控系統飛行試驗前進行數字式半物理仿真試驗是一項非常有意義的工作。本文就是利用電路仿真技術為數字式半物理試驗提供一個傳感器信號模擬器。以產生實驗中所需要的傳感器的模擬信號;故障模擬和故障影響;利用仿真系統，研究發動機在各種飛行條件下和各種工作狀態下的性能。
本文對發動機數字式半物理實驗進行傳感器模擬信號設計。全文共分六章:
     第一章緒論，主要是綜述航空發動機數字擰制系統發展情況和傳感器技術的發展情況，引出課題內容，并幾對課題意義及難點進行分析。
    第二章數字式半物理實驗研究系統概述，介紹了該實驗的系統組成及工作原理。
    第三章發動機用常規傳感器，主要介紹發動機常用傳感器的類型，性能及選型原則。
    第四章傳感器信號模擬電路設計，卜要介紹5種發動機常用傳感器的原理及其信號模擬電路設計。
第五章結束語，總結本文的研究工作，指出還存在的問題及今后工作的設想。