CN106768299A - 一种基于加速度传感器的飞机实时振动监测***及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于加速度传感器的飞机实时振动监测***，属于航空领域，其特征在于：该***包括加速度传感器、信号调理电路、AD采集电路、零偏校准电路、数据预处理电路FPGA和数据分析告警电路组成，***组成结构简单，***性能稳定，实时监测性能良好，适于推广应用。

Description

一种基于加速度传感器的飞机实时振动监测***及方法

技术领域

本发明属于航空领域，尤其涉及基于加速度传感器的飞机实时振动告警***。

背景技术

在航空领域，飞机的振动量是一个关乎飞行安全的重要数据，尤其是直升飞机，振动量异常，轻则导致飞机内的人员疲劳和设备磨损，重则导致飞机的机体结构和部件出现共振、断裂，直接导致飞机失事。所以，对于飞机的振动量的实时监控显得尤为重要。这就需要一个实时监测***，能实时的监控飞机的振动量并在飞机振动量出现异常时发出告警信号，以便维修人员对飞机进行故障排查或飞行员采取安全处置措施。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一个飞机实时振动告警***，该***包括加速度传感器、信号调理电路、AD采集电路、零偏校准电路、数据预处理电路FPGA和数据分析告警电路组成；

***上电后，首先由零偏校准电路对***的数据采集零偏进行校准。其实现方式是，当***上电后，FPGA首先控制零偏校准电路中的模拟开关SW1将AD采集电路的输入接到***零位上，由FPGA控制AD采集电路采集一定点（32768）的***零位数值，然后对采集到的***零位数值进行平均，将该平均值存入FPGA的内部寄存器中，作为***的零位校准值；然后FPGA控制零偏校准电路中的模拟开关将AD采集电路的输入接入传感器信号，***完成上电零偏校准，进入工作状态。

***工作时，首先，由传感器驱动电路对安装在飞机机体上的加速度传感器进行驱动，驱动后由加速度传感器测量出飞机振动的加速度信号（0V~2.5V），加速度信号经过后端由运放构成的信号放大电路对信号进行2倍放大（0V~5V），放大后的加速度信号送入四阶低通滤波器进行滤波（低通滤波频率0~5KHz），滤除加速度信号中的噪声和超出频率范围的信号，经过滤波后的信号送入AD采集电路进行采集，采集的数据由后端的FPGA进行读取。

FPGA读取到加速度数据后，首先将读取的加速度数据减去零位校准值，校准后的加速度数据送入分段积分模块进行分段积分。分段积分模块的主要作用是将加速度数据转换为速度数据，其实现方式是将读取的加速度数据每1024个分为一段，对该段数据每个点依次与之前点的数据求和，其结果再除以采样周期，即为积分后的速度数据，该部分完成计算的公式如下：

(k =1,2,3…1024)

(其中V(k)为当前点积分速度值，Ai为当前点加速度值，cal为零位校准值、T为采样周期)

分段积分后的速度数据送入有效值计算模块，由有效值计算模块出该段速度数据的有效值，其实现方式是对速度信号进行面积求和，具体实现方法是将该段速度数据求取绝对值后，与采样周期相乘，然后将相乘结果累加，输出的累加和结果即代表该段速度数据的有效值。该部分完成计算的公式如下：

(其中Sum为该段速度数据的有效值，Vi为当前点速度值，T为采样周期)

FPGA的有效值计算模块计算出该段数据的有效值后，将其送入后端的数据分析告警电路；

数据分析告警电路中的CPU读取该段数据的有效值，每10个有效值进行一次平均，平均后的结果作为当前振动值与预设的振动告警值进行比较，如果当前振动值大于振动告警值，则产生告警信号。

本发明所述的基于加速度传感器的飞机实时振动监测***及方法，通过将加速度传感器、信号调理电路、AD采集电路、零偏校准电路、数据预处理电路FPGA和数据分析告警电路的组合组成监测***，组成结构简单，***性能稳定，实时监测性能良好，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图；

图2为本发明所述实施例的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细举例说明本发明的技术方案

本发明提供一个飞机实时振动告警***，如图1所示，该***包括加速度传感器、信号调理电路、AD采集电路、零偏校准电路、数据预处理电路FPGA和数据分析告警电路组成。

如图2所示，在本发明实施例中，首先选用IEPE型的加速度传感器作为振动测量器件。由U3（LT3092）构成的恒流源电路对安装在飞机机体上的加速度传感器进行驱动，由加速度传感器测量出飞机振动的加速度值，加速度值送入后端由隔直电容C2、信号调理运放U4（AD628）构成的信号放大调理电路对加速度信号进行去除直流偏置和信号放大，放大后的加速度信号送入由U5（MAX274）构成的四阶低通滤波器进行低通滤波，滤除信号中的噪声和超出频率范围的信号，经过滤波后的信号送入由U6（AD7606）构成的AD采集电路进行采集，采集的数据由后端的FPGA(XCS400AN)进行读取。FPGA读取到加速度数据后，对数据进行分段积分（每1024点），将加速度信号转换为速度信号。然后计算出该段速度信号的有效值并送入后端的处理器（TMS320F2812）进行处理，后端处理器对读取到的速度有效值每10组进行平均，平均后的结果作为当前振动值与预设的振动告警值进行比较，如果当前振动值大于振动告警值时，点亮连接在处理器上的告警指示灯，发出告警。

Claims (2)

1.一种基于加速度传感器的飞机实时振动监测***，其特征在于：该***包括加速度传感器、信号调理电路、AD采集电路、零偏校准电路、数据预处理电路FPGA和数据分析告警电路组成。

2.一种基于加速度传感器的飞机实时振动监测方法，其特征在于，所述方法包括：

首先，由传感器驱动电路对安装在飞机机体上的加速度传感器进行驱动，由加速度传感器测量出飞机振动的加速度电压值（0V—2.5V），

加速度电压值经过后端由运放构成的信号放大电路对信号放大（0V—5V），

放大后的信号送入低通滤波器进行滤波，滤除信号中的噪声和超出频率范围（低通滤波频率0~5KHz）的信号，

经过滤波后的信号送入AD采集电路进行采集，采集的数据由后端的FPGA进行读取；

FPGA读取到加速度数据后，首先将读取的数据进行零偏校准，校准后的加速度数据送入分段积分模块进行分段积分；分段积分模块的主要作用是将加速度数据转换为速度数据，其实现方式是将读取的加速度数据每1024个分为一段，对该段数据每个点依次与之前点的数据求和，其结果再除以采样周期，即为积分后的速度数据，其公式如下：

(k =1,2,3…1024)

(其中V(k)为当前点积分速度值，Ai为当前点加速度值，cal为零位校准值、T为采样周期)

分段积分后的速度数据送入有效值计算模块，由有效值计算出该段速度数据的有效值，其实现方式是对速度信号进行面积求和，具体实现方法为将该段速度数据求取绝对值后，与采样周期相乘，然后将相乘结果累加，输出的累加和结果即代表该段速度数据的有效值；该部分完成计算的公式如下：

(其中Sum为该段速度数据的有效值，Vi为当前点速度值，T为采样周期)

FPGA的有效值计算模块计算出该段数据的有效值后，将其送入后端的数据分析告警电路；

数据分析告警电路读取该段数据的有效值，与预先设定的告警值进行比较，当该值大于告警值时，产生告警信号。