传感器信号模拟电路设计研究

论文编号:JD754  设计字数:30405,页数:43

本文的研究内容
    电子控制器、传感器及执行机构模拟系统是数字式半物理实验研究系统的重要组成部分。数字式半物理实验研究系统由发动机模拟计算机，传感器信号模拟装置(包含数据卡)，供油装置，电子控制器仿真计算机(包含数据卡)，以及油源、驱动、配电、测控系统组成。
    传感器信号进行A/D采样前必须转换、隔离、滤波。由于进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声，并且受着温度漂移及非线性等各种因素的影响。为了方便随后的处理过程，必须经过适当的接口电路的调理才一能满足信号处理，显示和控制的要求，调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确在接口被测的各种类型的传感器。然后，设计人员必须选择ADC. ADC具有处理来自输入电路的信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率，精度和取样率的数字输出，因为模拟信号转换为数字信号是通过A/D转换来完成的，而A/D转换器的输入范围一般为±10V、±5V、±2. 5V、±1. 25V,±0.625V, 0～1OV, 0～5V, 0～2.5V等，因此对于非电压信号，先将其转换为电压信号，对于毫伏级电压信号，还应该将其放大为伏级电压信号，以保证转换精度。因此，必须根据各种传感器信号特性的不同来区别使用不同类型的接口电路以输出给信号调理电路，信号调理是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算、显示读出和其他目的的数字信号，以使信号利于A/D卡转换。传感器信号模拟装置可经过参数的变化可应用于工业中不同的模拟系统当中。
传感器信号模拟电路已经成为发动机控制系统设计、分析的基础。论文将对数字式半物理实验研究系统中的传感器进行信号模拟，其主要目的是对研究系统中所需的各种传感器信号进行模拟及处理，其模拟效果可以代替真实的传感器。在完成数字电子控制器研制后，对发动机数字式电子控制器进行试验研究，以检查、考核、分析控制软件和硬件的全部功能及可靠性。为了更安全、更可靠地进行试验研究，在数控系统飞行试验前进行数字式半物理仿真试验是一项非常有意义的工作。本文就是利用电路仿真技术为数字式半物理试验提供一个传感器信号模拟器。以产生实验中所需要的传感器的模拟信号;故障模拟和故障影响;利用仿真系统，研究发动机在各种飞行条件下和各种工作状态下的性能。
本文对发动机数字式半物理实验进行传感器模拟信号设计。全文共分六章:
     第一章绪论，主要是综述航空发动机数字拧制系统发展情况和传感器技术的发展情况，引出课题内容，并几对课题意义及难点进行分析。
    第二章数字式半物理实验研究系统概述，介绍了该实验的系统组成及工作原理。
    第三章发动机用常规传感器，主要介绍发动机常用传感器的类型，性能及选型原则。
    第四章传感器信号模拟电路设计，卜要介绍5种发动机常用传感器的原理及其信号模拟电路设计。
第五章结束语，总结本文的研究工作，指出还存在的问题及今后工作的设想。
           
目录
第一章绪论 2
1.1航空发动机数字控制系统发展 2
1.2半物理仿真在航空发动机数控系统研制中的应用 4
1.3传感器技术的发展及意义 5
.1.4信号模拟装置在发动机数控系统半物理仿真中的应用 6
1.5国内外研究状况 6
1.6本文的研究内容 6
第二章  数字式半物理实验研究系统 8
2.1系统组成 8
2.2工作原理 8
2.3 电子控制器的接口信号 9
2.4传感器信号模拟方案 9
第三章  发动机用常规传感器 10
3.1传感器的定义、组成及分类 10
3.1.1传感器的定义和组成 10
3.1.2传感器的分类 11
3.2发动机试验对传感器的要求 11
3.3发动机试验用传感器的选择 12
3.4本试验中所用传感器 14
3.5信号模拟电路的设计方案 14
第四章  传感器信号模拟电路设计 15
4.1电位计式传感器信号模拟电路 15
4.1.1电位计式传感器的原理 15
4.1.2模拟电路设计 17
4.2压力传感器信号模拟电路 18
4.2.1压阻效应 18
4.2.2 压阻式传感器 19
4.2.3压阻式压力传感器的组成 22
4.2.4压力传感器模拟电路设计 24
4.3温度传感器信号模拟电路 28
4.3.1铂电祖简介 29
4.3.2铂电阻温度传感器的工作原理 29
4.3.3温度传感器模拟电路设计 30
4.4 0-10V信号模拟电路 34
4.5电源的设计 35
4.6接口与数据处理 36
4.6.1 D/A转换 36
4.6.2数据采集、发送程序 37
4.6.3串行通信程序 38
第五章结束语 39
参考文献 40
致谢 42

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