阅读说明：本技术 解算多通道接近传感器对应电感值的方法 (Method for calculating corresponding inductance value of multi-channel proximity sensor ) 是由 李建勇 何兴雷 张竹 陈虹屹 方晟譞 赵静 周小社 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种解算多通道接近传感器对应电感值的方法,旨在解决多通道状态下接近传感器数字解算时间较长的问题。本发明通过下述技术方案实现：在解算多通道接近传感器对应电感值中,每路信号调理电路接收来自对应连接的接近传感器信号,并经过滤波及放大处理成数字信号状态；接近传感器产生的交流响应信号通过切换多路开关,把不同通道的传感器信号送入到A/D采样电路,通道切换及控制电路在CPU的控制时序下,对多路开关送来的模拟信号进行数字化处理,A/D转换电路输出交流信号对应的二进制数值；CPU电路接收A/D转换电路送来的二进制数值,对多点采样值进行快速傅里叶变换FFT计算出对应的电感值。(The invention discloses a method for calculating corresponding inductance values of a multi-channel proximity sensor, and aims to solve the problem that the digital calculation time of the proximity sensor is long in a multi-channel state. The invention is realized by the following technical scheme: in the calculation of the corresponding inductance value of the multi-channel proximity sensor, each path of signal conditioning circuit receives signals from the corresponding connected proximity sensor and is processed into a digital signal state through filtering and amplification; the AC response signal generated by the proximity sensor sends the sensor signals of different channels to the A/D sampling circuit by switching the multi-channel switch, the channel switching and controlling circuit carries out digital processing on the analog signal sent by the multi-channel switch under the control time sequence of the CPU, and the A/D converting circuit outputs a binary number value corresponding to the AC signal; the CPU circuit receives the binary numerical value sent by the A/D conversion circuit, and Fast Fourier Transform (FFT) is carried out on the multipoint sampling value to calculate the corresponding inductance value.)

解算多通道接近传感器对应电感值的方法

技术领域

本发明涉及一种可以应用到航空机载设备上的解算多通道接近传感器对应电感值的方法。

技术背景

感应传感是一种无接触测量技术，可用于精确测量金属或导电目标的位置、运动或成分，也可用于检测弹簧的压缩、拉伸或扭曲。电感式接近传感器是一种用来测量物体间相对位置关系的传感器，在航空领域广泛应用在飞机起落架、舱门等位置，测量起落架位置、舱门关闭状态等信息。其基本原理是利用传感器本身与目标间位置的变化而导致感应电感值的变化，该电感值引入后端信号处理电路即可进行测量处理。在现有航空设备中，对接近传感器的信号处理有模拟电路处理和数字解算两种方式。由于模拟信号相对于数字信号而言，处理起来更加的复杂，而且抗干扰能力相对于数字信号而言，也比较弱。虽然模拟电路处理方式电路结构简单，处理速度快，但是无数字化接口，设备复杂，体型较大，成本较高，不满足当今航空设备数字化的需求，因此逐渐被淘汰。数字解算方式在现有航空设备中已有应用，但是由于现在大型飞机安装的接近传感器数量多，并且飞机对传感器信息的实时性要求高，系统对信号处理的要求也越来越高，现有运营飞机上使用的对接近传感器的数字解算设备都是以单通道解算为主，以对单个传感器进行数字解算的方式保证传感器信息的实时性，对多通道状态下接近传感器数字解算时间较长。，单处理器已经不能适应实时超大运算量的要求。比如在雷达、声纳等领域中的信号处理，不仅运算量大、处理方式复杂，往往信号输入通道很多、数据吞吐量也很大。数字位移传感器在数据采集的过程中，其采集的数据仅仅定性的反映了位移的改变情况，如果需要数字位移传感器很好的适应于系统，还需要多编码后的数据进行处理。处理的方法包括滤波，标度变换以及数据拟合。多通道传感器信号平行传输过程中，由于电磁耦合效应从而导致通道间的串扰不可避免。滤波后的输出信号与测量信号相比波形上存在较大畸变，幅值波动较大，最终将影响到测量结果的真实性和准确性。目前常用感应传感器频率响应较低，必须经过设计外部信号转换电路，才能输出电量。设备复杂，体型较大，功耗和成本较高。在实际的测试过程当中，由于传感器在应用当中会出现抖动的现象，导致最终结果出现偏差。。对于交流激励并行传输的多通道传感器信号系统，由于电磁耦合的存在，通道之间不可避免存在互耦干扰，通常称为串扰现象，串扰极大地影响了测量系统的性能。这些干扰主要表现在编码的数据存在误差，是无法通过对电信号的滤波来实现消除的，只能通过特定的数字滤波器结构来进行消除或者减小。从国内了解，还未有集成的多通道接近传感器数字解算设备应用于航空器上。

发明内容

本发明目的是针对基于满足航空领域对传感器信息实时性需求，解决多通道状态下接近传感器数字解算时间较长的问题而提出的解算多通道接近传感器对应电感值的方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种解算多通道接近传感器对应电感值的方法，采用连接n路接近传感器的信号调理电路和连接信号调理电路输出端的通道切换及控制电路，以及CPU电路、监控电路和电源电路组成解算多通道接近传感器对应电感值的方法；在解算多通道接近传感器对应电感值中，每路信号调理电路接收来自对应连接的接近传感器信号，并经过滤波及放大处理成可以进行数字化处理的信号状态；接近传感器产生的交流响应信号通过切换多路开关，把不同通道的传感器信号送入到A/D采样电路，在通道切换的控制上，通道切换及控制电路在CPU的控制时序下，采用切换控制与激励信号联动的同步控制机制；对多路开关送来的模拟信号进行数字化处理A/D转换输出交流信号对应的二进制数值；CPU电路接收A/D转换电路送来的二进制数值，对多点采样值进行快速傅里叶变换FFT计算出对应的电感值，同时，所有的计算及控制逻辑由驻留在数字信号处理器DSP的软件运行执行。

本发明具有如下有益效果。

本发明采用连接n路接近传感器的信号调理电路、连接信号调理电路输出端的通道切换及控制电路，CPU电路、监控电路和电源电路，对多路电感式接近传感器信号进行调理、信号采集、数字化处理及相应电感值计算，完成对多路接近传感器信号进行快速处理、解算工作，数字解算接近传感器对应的电感值的方式，解决了模拟式解算电路易受到干扰、精度不高、无数字化接口等缺陷，提高了设备的技术水平。能够达到满足航空设备对传感器信息高精度、实时性要求的目的。信号调理电路、通道切换及控制电路、A/D采样电路，CPU电路、监控电路、电源电路这几部分组成的功能电路，功能电路之间可以根据实际使用环境的不同进行不同的构置，可以放置到不同的电路上，保证相互间有正确的信号连接。

本发明在通道切换的控制上，采用切换控制与激励信号联动的同步控制机制A/D转换输出该信号对应的二进制数值，接近传感器通过CPU电路接收A/D转换电路送来的二进制数值，对多点采样值进行快速傅里叶变换FFT计算出对应的电感值，这种采用多通道集中解算出接近传感器对应的电感值的多通道集中解算方式，在一个电路板上实现了在40ms内完成对16路传感器的解算，并可以扩展到32路通道，提高了设备的集成度，相比现有的单通道式数字解算设备，在超过8路传感器的使用需求时，可以减轻重量，减小体积，降低设备成本。

本发明把不同通道的传感器信号送入到A/D采样电路，对多路开关送来的模拟信号进行数字化处理，将感应信号转换为数字信号，在通道切换的控制上，采用切换控制与激励信号联动的同步控制机制，通过低功耗单片机CPU连接，可同时实现多路数据高速采集处理和快速FFT变换数值解算出接近传感器对应的电感值，实现多通道无接触传感。实测结果表明：采用同一硬件调理电路处理模拟信号，通过分时切换进行采样的处理方式，可以有效消除由于硬件电路器件特性的微小差异导致的计算结果差异，保证计算的一致性，同时减小了硬件成本开销，提高设备的经济性。

本发明可应用于航空领域的起落架位置、舱门位置、襟翼位置、货舱运载位置等检测，也可应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业的链轮齿速度检测，链输送带的速度和距离检测，齿轮计数转速表及汽车防护系统的控制等。另外还可用在给料管系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等。

附图说明

图1是本发明解算多通道接近传感器对应电感值的电路原理框图；

图2是图1传感器信号调理电路原理框图；

图3是图1通道切换及A/D转换电路原理框图；

图4是图1CPU电路原理框图；

图5是图1电源电路原理框图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，采用连接n路接近传感器的信号调理电路和连接信号调理电路输出端的通道切换及控制电路，以及CPU电路、监控电路和电源电路组成解算多通道接近传感器对应电感值的方法；在解算多通道接近传感器对应电感值中，每路信号调理电路接收来自对应连接的接近传感器信号，并经过滤波及放大处理成可以进行数字化处理的信号状态；接近传感器产生的交流响应信号通过切换多路开关，把不同通道的传感器信号送入到A/D采样电路，在通道切换的控制上，通道切换及控制电路在CPU的控制时序下，采用切换控制与激励信号联动的同步控制机制；对多路开关送来的模拟信号进行数字化处理，A/D转换输出交流激励信号对应的二进制数值；CPU电路接收A/D转换电路送来的二进制数值，对多点采样值进行快速傅里叶变换FFT计算出对应的电感值，同时，所有的计算及控制逻辑由驻留在数字信号处理器DSP的软件运行执行。

由于接近传感器送来的是1Khz交流信号，因此A/D转换电路采用快速采样方式，在1ms内完成64次采样及转换。CPU电路采用数字信号处理器DSP28335作为处理器，接收A/D转换电路送来的二进制数值，通过快速FFT变换等数值计算，计算出传感器对应的电感值。同时，硬件的控制及调度也由数字信号处理器DSP执行。所有的计算及控制逻辑由驻留在DSP处理器中的软件运行执行。电源电路用于把外部输入的28V直流电源转换成本解算模块电路工作所需的各种二次电源，如+5V、±15V、3.3V、1.9V等。

监控电路实际上是另一套上述的A/D采样和DSP电路，该电路也同时执行上述工作。

参阅图2。信号调理电路包括：连接接近传感器的精密电阻，并联所述精密电阻的跟随器，通过精密电阻和跟随器并联接点连线与精密电阻输入端连线并联的第一数选器MUX(二选一)及其该第一数选器MUX串联的第一滤波器，以及精密电阻和跟随器并联接点连线与精密电阻输入端连线共端相连的第二数选器MUX(二选一)及其该第二数选器MUX串联的第二滤波器，其中，滤波器使用通用放大器F124构成低通滤波器，截止频率设定为2kHz。信号调理电路主要根据电感的阻抗测量法原理，把一个标准电阻同接近传感器串接，同时跟随器施加1个正弦波激励，通过测量标准电阻两端的信号，把这两个信号经过放大及滤波后分别送到通道切换电路。为了保证对同一个传感器信号处理的一致性，同一个标准电阻两端的两个信号送入一个电子开关DG419,分时后级的低通滤波器及A/D器，这样可以保证对同一个传感器，信号调理电路的特性是一致的，不会产生偏差。

参阅图3。通道切换及控制电路包括：接近传感器信号处理后输入的数选器MUX(8选1)及相连的模数A/D转换器，通过A/D转换器输出端CPU总线和CPU的I/O相连的CPU处理器。经过处理后的接近传感器模拟信号送入通道切换及控制电路的通道切换电路，该电路可以使用一个输入8通道，输出1路的电子开关的DG408芯片数选器MUX(8选1)作为切换的电子开关。1片DG408可以切换8个接近传感器的信号，根据需要可以扩展DG408的数量，以扩展外接传感器的数量。电子开关DG408的输出送到A/D转换电路，转换后的二进制数值存储在AD7656中的缓存中，由CPU读取。A/D转换器可以采用AD7656芯片，该芯片是个16bit,6输入通道的模数转换器，转换速率可以达到250KHz，可以实现对模拟信号的快速转换。由于标准电阻两端的信号是分时送到切换电路的电子开关的，为保证对两个交流信号采集相位的一致性，在切换电路的控制上采用了同步控制机制，由交流激励信号同步控制通道切换以及启动A/D转换，这样可以保证每次A/D采样的起始相位是相同的，也保证了多通道传感器数值计算的一致性。该同步控制机制也需要CPU电路的参与。

参阅图4。CPU电路至少内置有程序存储器、数据存储器、总线接口、I/O接口、A/D数据总线、时钟、复位、4路sin，pwm1、1路422总线、输出多路开关的控制信号和1片AD7656芯片的控制信号以及数字信号处理器DSP等，CPU可以采用型号为TMS320F28335数字处理器。程序存储器中驻留有完成传感器的电感值计算，以及硬件控制及调度等控制逻辑设置等工作的工作软件。接近传感器的电感值计算主要根据阻抗测量法，通过对多点采样值进行快速傅里叶变换FFT计算出对应的电感值。

参阅图5。电源电路是把输入的28V直流电源转换成其它功能电路所需要的二次电源，包含顺次串联的防反二极管、输出+5V、±15V的DC/DC二次电源、输出3.3V、1.9V的LDO电源模块等，其中，28V电源转换成+5V电源可以使用ZHDC12S05/12W电源模块，28V电源转换成±15V电源可以使用ZSAH28D15F/5W电源模块，由+5V转换成+3.3V、+1.9V的LDO电源模块可以选择TPS767D301PWP，以上电源模块均可以提供负载电路所需的电流。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。