專利名稱：電子空速表的制作方法
該項所屬軍工航天領(lǐng)域。
飛機已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中一個重要的組成部分。飛機要想安全飛行必須掌握多種數(shù)據(jù)，而飛機的時速又是重要數(shù)據(jù)之一。但是，由于現(xiàn)代飛機空速表多采用機械式。其傳感器是空速管，顯示器為機械式，所以在工作一個時期后其零件因受飛機震動和氣候的影響會逐漸損壞。降低精度，致使產(chǎn)生不良后果。
空戰(zhàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中已是鳳毛麟角的。而飛機又是空戰(zhàn)的重要組成部分。飛機應(yīng)用到戰(zhàn)場從二戰(zhàn)到現(xiàn)在不過半個多世紀，可它以飛快的速度發(fā)展，發(fā)展為一大軍種。我國制造的飛機大多數(shù)在七八十年代制造的，機上電子設(shè)備已遠遠落后于現(xiàn)代的高尖端科技。為此，我發(fā)明了電子空速表。促使我國飛機電子化、現(xiàn)代化，可與西方國家的先進飛機在電子方面與之媲美。使我國飛機在性能上，作戰(zhàn)能力上及生存能力上都升到一個新的階段。使我國的空戰(zhàn)能力大大提高。讓我們中華民族在中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導下，圪立于世界民族之林。使我國的四化建設(shè)順利進行。
電路原理本電路基本原理是，對一個加熱元件保持溫度的能量進行測量，這個保持溫度的能量的大小與空氣的流速加上本身速度成正比。減去空氣本身流速時，就是其在空氣中的速度。
傳感器電路，見

圖1。這是本電路的關(guān)鍵部分之一，它能對本設(shè)備所需的數(shù)據(jù)進行測量，以送至電子計算機進行分析。
圖1中，a為電流計，主要功能是探測加溫電阻所需的電流。IC1為運算放大器，主要把線性霍爾效應(yīng)傳感器探測的信號進行放大，放大后的信號經(jīng)IC2偏置網(wǎng)絡(luò)送至IC3，IC3是光纖驅(qū)動電路，這個電路把放大器的送來的信號變?yōu)楣饫w信號，以送至計算機數(shù)收集系統(tǒng)，其作用是為了使各系統(tǒng)成隔離狀態(tài)，不至互相干擾，又能在一定程度上防止電子對抗。圖中a經(jīng)IC3調(diào)制電路，調(diào)制后的信號經(jīng)BG1，驅(qū)動激光二極菅，以發(fā)出調(diào)制后的光纖信號。
圖中b圖和a圖相同，故不在敘述。
圖2為鉑電阻探測溫度計。圖中A1構(gòu)成了HOWLAND電流泵。給傳感器提供恒流偏置。電阻R2、R3、R4和R5構(gòu)成電橋，通過A1使電橋平衡。平衡時A2的兩個輸入端電位相同。由于R6＝R7，所以A1從電橋兩臂得到同量的電流。只要傳感器成為R3/R4臂的任一負載，都會使電橋失去平衡。因此兩個軸頭接在傳感器開路電壓上，且不吸取電流。A3為放大器，把電橋輸出的信號放大。這個電路輸出的信號，送至光纖驅(qū)動電路，這個光纖電路原理與前邊相同，這里不再敘述。
圖3為電子計算機系統(tǒng)。這個電路有中央處理器，RAM接口電路，系統(tǒng)控制器，時鐘，顯示驅(qū)動心片等組成，這個系統(tǒng)的作用是把收集來的信號，如工作溫度和加溫電阻所耗電流等，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至微處理器，微處理器接到信號后經(jīng)計算機分析，送至接口電路，通過接口電路控制半導體冷卻器和加溫器，同時又經(jīng)傳感器把這些器件所耗的電流反饋至微處理器，微處理器進行計算，最后顯示其實際空速。由于本電路采用通用計算機集成電路，所以本硬件與其它計算機硬件原理相同。故這里對硬件不再敘述。只對其模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和軟件原理做一介紹。
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，這個電路的功能是把多路模擬數(shù)據(jù)，變?yōu)椴⑿袛?shù)字數(shù)據(jù)，以供電子計算機使用。這個電路原理是由下面公式得出DOUT/28＝Vin/(VREF+-VREF-)式中DOUT是數(shù)字信號;
VIN是模擬信號;
VREF+是正基準電位;
VREF-是負基準電位。
程序流程圖，見圖4，把這個設(shè)計好的程序儲存在ROM心片上，以用來支持硬件工作。
①為開始;
②輸入a，a為溫度測溫傳感器送來的信號，這個信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)接口片送至計算機數(shù)據(jù)總線;
③圖中5為基準溫度為5度，如果溫度沒有變化，將重復上述工作，繼續(xù)測試信號，如果a不為5度，則送下一單元;
④如果a＞5則證明實際溫度大于5度，送至⑤，如果不是則送至⑥;
⑤為降溫起動程序，當溫度過高時程序起動，自動打開溫度開關(guān);
⑥為升溫電阻起動開關(guān)，當實測溫度小于基準溫度時，此程序起動，自動打開升溫電阻起動開關(guān);
⑦為電流收集器，主要通過傳感器探測b中半導體冷卻器中所耗的電流，在通過數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，送至微機的數(shù)據(jù)總線;
⑧和⑦的原理相同，只不過是收集⑦b的升溫電阻為零的電阻;
⑨這些數(shù)據(jù)信號都送至微處理器，在這里把這些信號加以分析和計算，最后算出實際空速;
⑩為把測出的空速數(shù)值，通過顯示語句把它顯示出來;
(11)為結(jié)束端。但它并不是真正結(jié)束，當施行完整一套程序時，又返回到開始端，從重新施行，直到飛機降落，才由于停止供電，而停止工作。
外部接口電路見圖5，圖中aIC4光纖接收電路，它把光纖的調(diào)制信號解調(diào)進來，用以再現(xiàn)發(fā)射前的模擬信號，光敏菅把激光信號變?yōu)殡娦盘?，這個信號經(jīng)IC4放大調(diào)解，最后饋至電子計算機的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。
圖b與圖a相同，只是它收集加溫電阻電流。
圖c，IC6為接收溫度傳感器信號的光纖線路。這與上面相同。不在敘述其原理。所要指出的是這個信號不饋至電子計算機數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，而是經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后只接收至電子計算機的接口電路，這樣做的目的是減輕軟件支持程度，精度又高，速度又很快。IC7作為放大之用，IC8為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，IC9為掃描電路，它工作時鐘很高，可以達到2MHz，所以比轉(zhuǎn)換器的速度也是非常之快的，這個轉(zhuǎn)換后的8位并行數(shù)字信號饋到電子計算機的I/O接口。
圖b，主要用來控制加熱電阻和半導體冷卻器，IC10為“或非門”驅(qū)動器，這個元件把微機送來的信號加以放大，再經(jīng)三極菅驅(qū)動達林頓菅，達林頓管來驅(qū)動熱電阻，圖E與這個電路相同，只是驅(qū)動半導體冷卻器。
圖中F為接口電路，主要是為了接收塔臺的氣象數(shù)據(jù)信息，IC10為解調(diào)器，它把塔臺發(fā)來的音頻迅號變?yōu)榇袛?shù)據(jù)信號，在通過IC11把串行數(shù)字信號變?yōu)椴⑿袛?shù)字信號，以送入計算機。
圖6是為了能在地面塔臺與飛機數(shù)據(jù)聯(lián)系中斷時，這個電路起動，用來探測風速。
A1的輸出的信號是經(jīng)BG5放大的電流，它反饋回來驅(qū)動電橋電路，加上電源時，RA處于低電阻狀態(tài)，BG5的發(fā)射極趨于完全導通。當電流流過RA時，RA的溫度迅速上升，并使RA電阻增加，這一結(jié)果增大了A1的負輸入電位，于是BG5的發(fā)射極電位下降，電路處于一個穩(wěn)定的工作點。為了保持電橋平衡，A1起作用，使RA的電阻從而使RA的溫度恒定不變。
語言卡，本系之所以能達到說話的功能，主要是因為有了語言卡。本語言卡主要由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，EPROM、地址計數(shù)器、時鐘發(fā)生器、控制心片等組成，其受計算機控制，主要原理是計算機要發(fā)出語言，首先發(fā)出選擇信號，是說HYPERVELOCITY(超速)。還說STALL(失速)。但無論說那一個，它們的前邊都有一個前綴，即SPACESPEEDUNUSUAL(空速異常)，選擇好后，計算機發(fā)出高電平驅(qū)動H1打開語言電路，這時地址計數(shù)器工作，來起動EPROM里的數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)IC19進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，變換后經(jīng)放大，最后到IC21音頻功率放大，來發(fā)出音頻信號。(圖7)電路原理因為本電路十分復雜，所以所需電源也是非常精密的，下面分別介紹各部電路原理濾波電路，本電路的作用是把交變機送來的電源進行濾波，交流電經(jīng)L201、L202、C201～C206濾波，濾波后的信號送至變壓器。
開關(guān)電路，濾波后的交流電送入變壓器，經(jīng)變壓器變換后輸出低壓電。一路供集電極電路所用，一路供逆變所用。這個集成電路是專用的開關(guān)電源，穩(wěn)壓控制集成電路，它內(nèi)部有振蕩、參考邏輯反饋等電路。在驅(qū)動功率管，功率管驅(qū)動T2，T2的次極有一路送入T3以變出所需電源，在這些電源的后邊有一個以二極管和濾波線圈等組成的整流電路，以輸出直流電。(圖8)我發(fā)明了電子空速表。這種空速表完全用電子元件制成，沒有任何機械裝置，所以本發(fā)明主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能主要諸元1、測量最大范圍0～640米/秒;
測量最小范圍1～2米/秒;
2、分辨率為1米/秒;
3、工作溫度-30℃～+80℃;
4、可以儲存;
5、可以指示臨界飛速，能發(fā)出報警，并用語言提示;
6、使用飛機標準交變機電源27V±1V;
7、工作最大耗電≤1W;
8、最大連續(xù)工作時間500小時;
9、起動時間≤1秒(冬天2～3秒)。
主要技術(shù)特性1、各部分之間用激光溝通，可以消除各系之間的相互干擾，又能在一定程度上防電子對抗;
2、因無機械裝置，所以可靠性好，精度高，可以記憶，并且自動指示飛機的速度，安全系數(shù)高，壽命長，合計成本低;
3、抗振動，抗電磁，抗向心力強，不受方向制約;
4、可以與飛機有關(guān)電子系統(tǒng)連接，有電子計算機通用并行接口;
5、可以用語言報警(失數(shù)或超速)。
以上戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能可以使我軍作戰(zhàn)能力強，生存能力高。
本電路最佳方案是對一根加熱元件保持溫度所需的能量進行測量，這個能量正比于這個測量的物體在空中的速度加上空氣的流速，當它被減于空氣流速時，就得到這個物體在空氣中的速度。
下面就以上定理做一解釋加熱元件在空氣中就會不斷的消耗能量，當它不動時，這個消耗的能量是恒等的，每秒消耗的能量相等。但是當它在空氣中運動時，這個消耗的能量就會變化，而且隨著運動的速度的增加而增加，當它在亞音速以內(nèi)時成正比，這個能量大小正好正比于這個物體在空氣中的速度加上空氣的流速。為什么要加空氣的流速呢？因為這個物體在空氣中運動時，空氣力在運動，假如這個物體和空氣運動方向成直線時，這時這個物體的運動速度和空氣流動速度相等時，那兩個物體的相對速度就等于兩物體其中一個物體速度的二倍。這個物體的實際速度應(yīng)兩個物體的相對速度被減于空氣速度，這時這個物體在空氣中的速度就求得出來了，下列公式表明V1+V2＝V對V1＝空氣速度V2＝物體速度V對空氣速度與這個物體的相對速度，則求得V2＝V對-V1V2就求得出來。
權(quán)利要求
1.電子空速表主要原理是對一根加熱元件保持溫度的能量進行測量，這個保持溫度的能量的大小與空氣的流速加上本身速度成正比，減去空氣本身流速時，就是其在空氣中的速度。下列公式表明V1+V2=V對V1=空氣速度V2=物體速度V對是空氣速度與這個物體的相對速度，則推測求得V2=V對-V1V2就求得出來。該系統(tǒng)并采用語言卡，用語言報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1簡述原理，其內(nèi)容是采用專用光纖發(fā)射/接收集成塊，在加上其外圍電路制成發(fā)射與接收電路，本電路特征是可消除各系統(tǒng)之間相互干擾，又能在一定程度上防電子對抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1簡述原理，本系統(tǒng)無機械裝置，其特征是可靠性好，精度高，抗振動，抗電磁，抗向心力，不受方向制約。
4.根據(jù)權(quán)利要求1簡述原理，本系統(tǒng)采用計算機來協(xié)調(diào)各系統(tǒng)之間工作，其特征是可以記憶，并能自動指示飛機速度，可以與飛機有關(guān)電子系統(tǒng)連接，有電子計算機通用并行接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1簡述原理，本電路還采用ROM制成語言心片，其特征是可用語言提出報警。，〈失速或超速〉，可以避免人體在應(yīng)激狀態(tài)下易發(fā)生注意力狹窄，使周邊視覺下降的問題。
全文摘要
該項需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是如何在亞音速以內(nèi)和亞音速以外都能用其加熱元件測量空氣速度和飛機時速的相對速度。本電子空速表技術(shù)特征是1、各部分之間用激光溝通，可以消除各系之間相互干擾，又能在一定程度上防電子對抗。2、因無機械裝置，所以可靠性好，精度高，可以記憶，并且自動指示飛機的速度，安全系數(shù)高，壽命長。3、抗振動，抗電磁，抗向心力強，不受方向制約。4、可以與飛機有關(guān)電子系統(tǒng)連接，有電子計算機通用并行接口。5、可以用語言報警(失速或超速)，可以避免人體在應(yīng)激狀態(tài)下易發(fā)生注意力狹窄，使周邊視覺下降的問題。
文檔編號G01P5/08GK1093808SQ9210423
公開日1994年10月19日 申請日期1992年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月9日
發(fā)明者崔龍華 申請人:崔龍華