一種測(cè)量壓力升降速度裝置的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量壓力升降速度裝置的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]升降速度表能夠反應(yīng)壓力升降速度的大小和方向。分立式升降速度表的原理??儀表外殼密封，表內(nèi)有一個(gè)開口膜盒，膜盒內(nèi)腔由一個(gè)粗的傳壓管和靜壓相通，而膜盒的外部(即儀器內(nèi)腔)通過(guò)一個(gè)毛細(xì)管也與空氣靜壓相連。這樣當(dāng)飛機(jī)上升或下降時(shí)，膜盒內(nèi)壓力基本上隨著高度的變化而變化，到那時(shí)膜盒外部即表殼內(nèi)的氣壓因受毛細(xì)管的阻滯作用，變化緩慢，產(chǎn)生壓力差。高度變化越劇烈，膜盒所承受的壓力差越大，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針的轉(zhuǎn)角也大。膜盒的膨脹或收縮決定于飛機(jī)的升高還是下降。升高時(shí)，由于高空氣壓減小，膜盒內(nèi)腔壓力低于外部，膜盒將收縮，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針向上偏移相應(yīng)角度指示上升速率，當(dāng)飛機(jī)下滑或俯沖時(shí)，情況正好相反。而當(dāng)飛機(jī)平飛時(shí)，指針平指，速率為零。工作原理如圖1所示。
[0003]當(dāng)前壓力升降速度的測(cè)量使用機(jī)械式的膜盒壓力表，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力升降速度的測(cè)量。但是，該壓力升降速度表體積較大、重量較大、安裝位置固定、動(dòng)態(tài)變化中讀數(shù)難于準(zhǔn)確獲取、如果壓力超限會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的壓力升降速度的測(cè)量方法，通過(guò)壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)、經(jīng)過(guò)采樣轉(zhuǎn)換后送入微處理器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)微處理器內(nèi)數(shù)據(jù)算法的解算后獲得壓力值和壓力升降速度值，完成測(cè)量值的顯示、測(cè)量結(jié)果的信息化融合和靈敏度在線調(diào)節(jié)的功能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種測(cè)量壓力升降速度裝置的設(shè)計(jì)方法，其工作原理為:壓力傳感器作為檢測(cè)端，對(duì)待測(cè)壓力進(jìn)行檢測(cè)將物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，為后續(xù)數(shù)字化測(cè)量提供信號(hào)；傳感器的工作原理以及型號(hào)不同，輸出的電信號(hào)類型和范圍也不同；將壓力傳感器輸出的電信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換至后續(xù)電路中可以處理的信號(hào)類型和范圍；通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為微處理器可以識(shí)別的數(shù)字量；微處理器獲取數(shù)字量后，進(jìn)行解算獲得壓力值和壓力升降速度值，將結(jié)果顯示在顯示屏幕上，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示靈敏度在線調(diào)節(jié)；具體設(shè)計(jì)步驟如下:
[0006]第一步、根據(jù)使用需求選擇硬件，包括傳感器、微處理器、顯示器、通訊模塊芯片和其他的芯片；
[0007]第二步、根據(jù)工作原理繪制電路原理圖，包括傳感器檢測(cè)和信號(hào)調(diào)理電路圖、微處理器處理器最小電路圖、通訊模塊原理和供電系統(tǒng)原理圖及顯示器電路圖；
[0008]第三步、繪制印刷電路圖，根據(jù)電路板、液晶屏等組件的大小及位置定制整個(gè)壓力升降速度表的大小、形狀；
[0009]第四步、焊接電路并檢測(cè)電路的完好性；
[0010]第五步、根據(jù)使用需求，設(shè)計(jì)軟件程序并進(jìn)行測(cè)試；
[0011]第六步、軟件和硬件聯(lián)調(diào)，完成壓力升降速度表的雛形設(shè)計(jì)；
[0012]第七步、根據(jù)使用需求對(duì)顯示時(shí)間和刷新頻率進(jìn)行調(diào)試；對(duì)靈敏度的初始值和步長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試；
[0013]第八步、對(duì)軟件程序和功能最終確定后，固化軟件、功能和參數(shù)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明選用壓力傳感器和微處理器的方式取代傳統(tǒng)膜盒測(cè)壓機(jī)械式傳動(dòng)的方式，減輕了體積和重量；采用數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，取代機(jī)械式結(jié)構(gòu)減小的摩擦損耗，提高了精度；壓力傳感器的精度的提高和數(shù)據(jù)算法的使用也能夠提高系統(tǒng)精度；設(shè)制靈敏度調(diào)節(jié)按鍵，對(duì)靈敏度進(jìn)行在線調(diào)節(jié)使該方法在實(shí)際使用中更具有優(yōu)勢(shì)；與上位機(jī)的通訊功能能夠提供壓力升降速度值和壓力值的數(shù)字化存儲(chǔ)和使用，為機(jī)計(jì)算機(jī)識(shí)別和使用提供可行基礎(chǔ)；數(shù)字式的顯示方式使得結(jié)果更容易讀取，方便使用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的工作原理圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的工作原理圖。
[0018]圖3為本發(fā)明裝置的硬件原理圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中微處理器控制和算法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]該設(shè)計(jì)方法的基本原理是:壓力傳感器作為檢測(cè)端，對(duì)待測(cè)壓力進(jìn)行檢測(cè)將物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，為后續(xù)數(shù)字化測(cè)量提供信號(hào)；傳感器的工作原理以及型號(hào)不同，輸出的電信號(hào)類型和范圍也不同。將壓力傳感器輸出的電信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換至后續(xù)電路中可以處理的信號(hào)類型和范圍。通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為微處理器可以識(shí)別的數(shù)字量。微處理器獲取數(shù)字量后，進(jìn)行解算獲得壓力值和壓力升降速度值，將結(jié)果顯示在顯示屏幕上，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示靈敏度在線調(diào)節(jié)。本發(fā)明的工作原理如圖2所示。本發(fā)明裝置的硬件連接關(guān)系如圖3所示:微處理器控制和算法通過(guò)流程實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。其中，
[0022]I)傳感器
[0023]傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)功能。與機(jī)械傳動(dòng)膜盒測(cè)壓的方式相比，壓力傳感器具有靈敏度高、后續(xù)電路簡(jiǎn)單、集成化程度高、綜合精度較高、無(wú)傳動(dòng)部件、性能穩(wěn)定、可靠性高、體積小、質(zhì)量輕，以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0024]2)信號(hào)調(diào)理電路
[0025]對(duì)傳感器檢測(cè)到的模擬電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，進(jìn)行整流、濾波、放大、降噪等處理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅防止燒壞通道。
[0026]3)A/D 轉(zhuǎn)換器
[0027]將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器可以識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)。
[0028]4)微處理器
[0029]整個(gè)系統(tǒng)的主控部分，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)據(jù)傳輸、顯示等功能。根據(jù)實(shí)際的使用情況，如通訊的復(fù)雜程度、顯示的復(fù)雜程度、系統(tǒng)功耗等決定是否設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)。
[0030]5)通訊模塊
[0031]可以選用串行或者并行的通訊模塊，實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果從本裝置傳送到上位機(jī)。
[0032]6)顯示
[0033]可以使用模擬數(shù)字的方式將微處理器的壓力和壓力升降速度值顯示，以幫助使用人員直接獲取計(jì)算結(jié)果。
[0034]7)按鍵
[0035]通過(guò)按鍵修改測(cè)量壓力變化量的時(shí)間，在線修改靈敏度。
[0036]8)輸出接口
[0037]串行接口或并行接口。
[0038]9)供電系統(tǒng)
[0039]使用直流供電或者交流供電的方式為系統(tǒng)工作提供能量。
[0040]靈敏度設(shè)置功能描述:壓力是模擬量，通過(guò)微分的方式表征壓力的變化率。但處理器只能處理數(shù)字信號(hào)。離散信號(hào)量無(wú)法用微分的方式進(jìn)行計(jì)算，因此將需要用增量比的形式表示壓力的變化速度。
[0041]P(t) =P(t)-p(t-l)/nT,其中T是A/D轉(zhuǎn)換間隔，η為整數(shù)，P (t)表示壓力變化速度。因此可以通過(guò)改變?chǔ)侵祵?shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈敏度。η值越小，顯示的壓力變化越精細(xì)，能夠體現(xiàn)壓力變化的細(xì)節(jié)；η值越大，顯示的壓力變化越粗略，體現(xiàn)壓力變化的大趨勢(shì)。η值過(guò)小，可能顯示不明顯甚至沒有變化；η值越大，可能忽略變化而產(chǎn)生誤導(dǎo)。
[0042]因此，可修改示值靈敏度的功能能夠幫助用戶在使用該裝置時(shí)實(shí)時(shí)的修改示值靈敏度變化量，得到實(shí)際需要的精細(xì)程度。
[0043]具體設(shè)計(jì)步驟如下:
[0044]第一步、根據(jù)使用需求選擇硬件，包括傳感器、微處理器、顯示器、通訊模塊芯片和其他的芯片；
[0045]第二步、根據(jù)工作原理繪制電路原理圖，包括傳感器檢測(cè)和信號(hào)調(diào)理電路圖、微處理器處理器最小電路圖、通訊模塊原理和供電系統(tǒng)原理圖及顯示器電路圖；
[0046]第三步、繪制印刷電路圖，根據(jù)電路板、液晶屏等組件的大小及位置定制整個(gè)壓力升降速度表的大小、形狀；
[0047]第四步、焊接電路并檢測(cè)電路的完好性；
[0048]第五步、根據(jù)使用需求，設(shè)計(jì)軟件程序并進(jìn)行測(cè)試；
[0049]第六步、軟件和硬件聯(lián)調(diào)，完成壓力升降速度表的雛形設(shè)計(jì)；
[0050]第七步、根據(jù)使用需求對(duì)顯示時(shí)間和刷新頻率進(jìn)行調(diào)試；對(duì)靈敏度的初始值和步長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試；
[0051]第八步、對(duì)軟件程序和功能最終確定后，固化軟件、功能和參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)量壓力升降速度裝置的設(shè)計(jì)方法，其工作原理為:壓力傳感器作為檢測(cè)端，對(duì)待測(cè)壓力進(jìn)行檢測(cè)將物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，為后續(xù)數(shù)字化測(cè)量提供信號(hào)；傳感器的工作原理以及型號(hào)不同，輸出的電信號(hào)類型和范圍也不同；將壓力傳感器輸出的電信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換至后續(xù)電路中可以處理的信號(hào)類型和范圍；通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為微處理器可以識(shí)別的數(shù)字量；微處理器獲取數(shù)字量后，進(jìn)行解算獲得壓力值和壓力升降速度值，將結(jié)果顯示在顯示屏幕上，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示靈敏度在線調(diào)節(jié)；具體設(shè)計(jì)步驟如下: 第一步、根據(jù)使用需求選擇硬件，包括傳感器、微處理器、顯示器、通訊模塊芯片和其他的芯片； 第二步、根據(jù)工作原理繪制電路原理圖，包括傳感器檢測(cè)和信號(hào)調(diào)理電路圖、微處理器處理器最小電路圖、通訊模塊原理和供電系統(tǒng)原理圖及顯示器電路圖； 第三步、繪制印刷電路圖，根據(jù)電路板、液晶屏等組件的大小及位置定制整個(gè)壓力升降速度表的大小、形狀； 第四步、焊接電路并檢測(cè)電路的完好性； 第五步、根據(jù)使用需求，設(shè)計(jì)軟件程序并進(jìn)行測(cè)試； 第六步、軟件和硬件聯(lián)調(diào)，完成壓力升降速度表的雛形設(shè)計(jì)； 第七步、根據(jù)使用需求對(duì)顯示時(shí)間和刷新頻率進(jìn)行調(diào)試；對(duì)靈敏度的初始值和步長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試； 第八步、對(duì)軟件程序和功能最終確定后，固化軟件、功能和參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)量壓力升降速度裝置的設(shè)計(jì)方法，其工作原理為：壓力傳感器作為檢測(cè)端，對(duì)待測(cè)壓力進(jìn)行檢測(cè)將物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，為后續(xù)數(shù)字化測(cè)量提供信號(hào)；傳感器的工作原理以及型號(hào)不同，輸出的電信號(hào)類型和范圍也不同；將壓力傳感器輸出的電信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換至后續(xù)電路中可以處理的信號(hào)類型和范圍；通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為微處理器可以識(shí)別的數(shù)字量；微處理器獲取數(shù)字量后，進(jìn)行解算獲得壓力值和壓力升降速度值，將結(jié)果顯示在顯示屏幕上，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示靈敏度在線調(diào)節(jié)。
【IPC分類】G01L23/08, G01L23/32
【公開號(hào)】CN105588683
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410609641
【發(fā)明人】呂文琪, 董鎖利, 張建蘭
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2014年11月3日