一種位移傳感器斷線的檢測電路、方法及其信號重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種位移傳感器斷線的檢測電路、方法及其信號重構(gòu)方法
【背景技術(shù)】
[0002]位移傳感器，包括線位移傳感器LVDT與角位移傳感器RVDT具有以下優(yōu)點(diǎn):采用非接觸結(jié)構(gòu)，具有無觸點(diǎn)、無噪聲、高靈敏度、高重復(fù)性、高可靠性、無限分辨率、理論無限壽命、高頻響應(yīng)性好。由于其環(huán)境適用性強(qiáng)，在工業(yè)控制乃至航空電控領(lǐng)域，位移傳感器的應(yīng)用范圍及功能越來越廣泛，諸如發(fā)動機(jī)進(jìn)油活門位置、舵面位移、控制桿指令、電磁閥開度坐寸ο
[0003]電傳飛行控制系統(tǒng)對駕駛艙指令以及舵面反饋位移的采集均采用了位移傳感器，即:角位移傳感器(RVDT)和線位移傳感器(LVDT)。RVDT傳感器原理和變壓器相似。如圖1所示，在變壓器初級線圈兩端施加激勵(lì)信號后，在匝數(shù)相等的次級線圈兩部分將會感應(yīng)產(chǎn)生相同頻率的交變信號，將次級線圈A+和次級線圈B+與信號輸出端相連，次級線圈A-和次級線圈B-可以同時(shí)接地，也可以與另一輸出端相接。當(dāng)傳感器中的鐵芯轉(zhuǎn)動時(shí)，次級線圈兩部分之間的耦合發(fā)生變化，從而使次級線圈兩部分的輸出電壓按正弦、余弦變化。當(dāng)鐵芯的零端點(diǎn)轉(zhuǎn)動至中央時(shí)，兩個(gè)次級線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等。鐵芯的零端點(diǎn)轉(zhuǎn)動離中央位置越遠(yuǎn)，感應(yīng)電動勢之差越大，輸出與鐵芯零端點(diǎn)的轉(zhuǎn)動角度成比例，從而實(shí)現(xiàn)位移或者角度檢測。LVDT傳感器原理與RVDT原理基本相同，如圖2所示。
[0004]位移傳感器(LVDT、RVDT)兩次級線圈隨著鐵芯位置的改變產(chǎn)生相同頻率的交變信號，當(dāng)次級線圈A的信號幅值增大時(shí)，幅邊B的幅值將減小，兩個(gè)輸出端的電壓差為傳感器的工作電壓，正常工作時(shí)兩個(gè)輸出端的電壓和(V1+V2)始終是常值而與傳感器可動磁心的位置無關(guān)。線路斷開或激磁減少使(V1+V2)和值減少，如果和值電壓與基準(zhǔn)電壓之差超過門限便認(rèn)為是故障(故障覆蓋率可達(dá)98%?99% )，LVDT傳感器信號采集及在線監(jiān)控見圖3所示。
[0005]位移傳感器信號處理通常是配合專用測量芯片AD598或AD698進(jìn)行，這種方法由于轉(zhuǎn)換電路的局限，不具備監(jiān)控功能；另一種常用的方法是通過將兩次級線圈的信號解調(diào)后采用和值監(jiān)控的方案，這種方法可以檢測到傳感器的故障，但不能實(shí)現(xiàn)故障的定位，更不能實(shí)現(xiàn)傳感器信號的重構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:提供一種簡單、可靠且實(shí)用的檢測位移傳感器斷線檢測及信號重構(gòu)方法，達(dá)到在不影響信號使用的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)有效檢測位移傳感器正常信號、斷線狀態(tài)，以及實(shí)現(xiàn)特定斷線方式的傳感器測量信號的重構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種位移傳感器斷線的檢測的電路，其特征在于，位移傳感器初級線圈與激勵(lì)信號源串接采樣電阻后相連，串接電阻可在初級線圈與激勵(lì)電源的正端，也可在初級線圈與激勵(lì)負(fù)端，采樣電阻阻值一般可選取100歐左右的電阻，采樣電阻兩端通過一控制開關(guān)短路，采樣電阻兩端電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理程序，在需要時(shí)可通過斷開采樣開關(guān)對采樣電阻兩端的電壓進(jìn)行測試，位移傳感器兩端電壓通過內(nèi)部電路解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理程序，位移傳感器次級線圈高端與中抽電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理程序，位移傳感器次級線圈低端與中抽電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理程序。
[0009]一種位移傳感器斷線的檢測的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]I)對位移傳感器次級兩線圈解調(diào)后的電壓和值進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其電壓值位于額定和值C的0.85?1.15倍之間時(shí):
[0011]a)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl大于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H、低端與中抽輸出電壓V2大于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L時(shí)，則判斷為:無斷線發(fā)生，檢測結(jié)束；
[0012]b)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl小于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H，則判斷為:次級線圈高端斷路，檢測結(jié)束；
[0013]c)若不滿足b)條件時(shí)，且次級線圈低端端與中抽輸出電壓V2小于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L，則判斷為:次級線圈低端斷路，檢測結(jié)束。
[0014]2)對位移傳感器次級兩線圈解調(diào)后的電壓和值進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其電壓值不位于額定和值C的0.85?1.15倍之間時(shí):
[0015]a)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl小于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H、低端與中抽輸出電壓V2大于等于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L時(shí)，則判斷為:次級線圈高端短路，檢測結(jié)束；
[0016]b)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl大于等于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H、低端與中抽輸出電壓V2小于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L時(shí)，則判斷為:次級線圈低端短路，檢測結(jié)束；
[0017]c)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl大于等于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H、低端與中抽輸出電壓V2大于等于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L時(shí)，則判斷為:無斷線發(fā)生，檢測結(jié)束；
[0018]d)如果次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl小于次級線圈高端與中抽最小輸出電壓MIN_H、低端與中抽輸出電壓V2小于次級線圈低端與中抽最小輸出電壓MIN_L時(shí)，斷開采樣電阻間控制開關(guān)，進(jìn)行如下判斷:
[0019]dl)當(dāng)采樣電阻間的檢測電壓Vsamp小于設(shè)定的Vset的10 %時(shí)，判初級線圈斷路，檢測結(jié)束，Vset根據(jù)采樣電阻阻值與初級線圈阻值的比例關(guān)系以及激勵(lì)電源電壓給定;
[0020]d2)當(dāng)采樣電阻間的檢測電壓Vsamp大于設(shè)定的Vset的90%時(shí)，判次級線圈斷路，檢測結(jié)束；
[0021]d3)其它情況，即采樣電阻間的檢測電壓Vsamp位于Vset的10%到90%之間，此時(shí)應(yīng)為激勵(lì)電源故障，無斷線發(fā)生。
[0022]—種位移傳感器信號的重構(gòu)方法，其特征在于:
[0023]I)如果未檢測到位移傳感器斷線故障或激勵(lì)電源故障，則位移傳感器輸出信號Vout為次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl與低端與中抽輸出電壓V2之差與額定和值C與理論和值Cth商的積，即Vout = (Vl-V2)*C/Cth,乘以C/Cth的作用是消除在激勵(lì)電源電壓不穩(wěn)對測量的影響；
[0024]2)如果檢測到位移傳感器次級線圈高端斷路故障，則重構(gòu)位移傳感器輸出信號Vout為位移傳感器理論和值Cth減去2倍的次級線圈低端與中抽輸出電壓V2與額定和值C與理論和值Cth商的積，即Vout = (Cth-2*V2) *C/Cth,此處是根據(jù)了位移傳感器兩次級線圈和值恒定的原理；；
[0025]3)如果檢測到位移傳感器次級線圈低端斷路故障，則重構(gòu)位移傳感器輸出信號Vout為2倍的次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl減去位移傳感器理論和值Cth與額定和值C與理論和值Cth商的積，即Vout = (2*V1-Cth) *C/Cth,此處是根據(jù)了位移傳感器兩次級線圈和值恒定的原理；
[0026]4)當(dāng)激勵(lì)電源誤差位大于等于10%時(shí)，判激勵(lì)電源故障，或當(dāng)初級線圈斷路或次級線圈斷路故障時(shí)，則重構(gòu)系統(tǒng)所使用的傳感器測量信號Vout為故障安全值VsafjP Vout=Vsaf，這是當(dāng)無法重構(gòu)提取實(shí)際測量信號時(shí)，實(shí)現(xiàn)故障安全；
[0027]5)若激勵(lì)電源誤差小于I %，位移傳感器理論和值Cth等于額定和值C，即Cth =C，當(dāng)激勵(lì)電源誤差位于1%?10%之間，位移傳感器理論和值Cth為額定和值C與激勵(lì)電源電壓Ve商與額定激勵(lì)電壓VEXE的積，即Cth = C/Ve*VEXE，這是根據(jù)變壓器等比影響原理，消除激勵(lì)電源電壓不穩(wěn)定時(shí)對測量信號的影響。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1)利用位移傳感器的工作原理，不需要疊加測試信號，實(shí)現(xiàn)對位移傳感器信號的斷線檢測與信號采集的同步；2)利用位移傳感器的次級線圈和值恒定的特性，實(shí)現(xiàn)了位移傳感器在次級線圈高端或低端斷路時(shí)對位移傳感器測量信號的重構(gòu)；
3)利用位移傳感器變壓器式的原理，實(shí)現(xiàn)了在激勵(lì)電源不穩(wěn)定時(shí)對信號的重構(gòu)，從而提高了測量信號的精度。
【附圖說明】
[0029]圖1為RVDT傳感器原理圖；
[0030]圖2為LVDT傳感器原理圖；
[0031]圖3為LVDT在線監(jiān)控原理圖；
[0032]圖4為位移傳感器次級線圈輸出電壓關(guān)系圖；
[0033]圖5為位移傳感器連接電路原理示意圖；
[0034]圖6為位移傳感器斷線檢測流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0036]本發(fā)明所用的斷線檢測方法為特征檢測方法，所使用的信號重構(gòu)方法為信息冗余方法，其目的是:實(shí)現(xiàn)對位移傳感器的健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)傳感器發(fā)生次級高低端一次斷線時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器信號重構(gòu)，激勵(lì)電壓波動時(shí)，提高測量精度，發(fā)生其它故障時(shí)輸出故障安全值。
[0037]參見附圖5，一種位移傳感器斷線的檢測的電路，位移傳感器初級線圈與激勵(lì)信號源串接采樣電阻后相連，采樣電阻通過一控制開關(guān)短路，采樣電阻兩端電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理模塊，位移傳感器兩端電壓通過內(nèi)部電路解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理模塊，位移傳感器次級線圈高端與中抽電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理模塊，位移傳感器次級線圈低端與中抽電壓經(jīng)解調(diào)濾波后送斷線檢測及信號重構(gòu)處理模塊。
[0038]參見附圖6，一種位移傳感器斷線的檢測的方法，包括以下步驟:
[0039]I)對位移傳感器次級兩線圈解調(diào)后的電壓和值進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其電壓值位于額定和值C的0.85?1.15倍之間:
[0040]a)次級線圈高端與中抽輸出電壓Vl大于次