具体实施方式

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为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

上述背景技术中已经说明，现有航空油量的测量方式，普通存在测量方法环节较多、测量电路的板面积较大，以及大量占用系统资源等问题。

本发明实施例提出一种轻量化航空油量检测系统和方法，在保证了采集精度的同时，降低了系统对板面积和计算资源要求。本发明实施例所用到的放大电路、比较电路均可以与机电系统其他接口分时复用，仅需要增加开关路数和一些FPGA资源即可。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例中一种轻量化航空油量检测系统的结构示意图。本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统可以包括：外部油位传感器(C1)、谐振选频电路和激励施加电路。图2为图1所示轻量化航空油量检测系统中一种谐振选频电路和相关电路的结构示意图。

参照图1和图2所示轻量化航空油量检测系统的结构中，谐振选频电路中具体包括：标准电感(L1)、第一电阻(R1)、同相放大子电路和比较子电路。

该谐振选频电路的结构中，标准电感(L1)与外部油位传感器(C1)为并联的连接形式，且标准电感(L1)与外部油位传感器(C1)的并联通路的一端通过第一电阻(R1)接地，该端还连接到放大子电路的输入端，放大子电路的输出端连接到比较子电路的输入端。

需要说明的是，本发明实施例中的放大子电路例如可以为一运算放大器(N1)，比较子电路例如可以为一比较器，另外，标准电感(L1)与外部油位传感器(C1)的并联通路具有并联阻抗，且该并联阻抗与第一电阻(R1)具有分压。

参照图1和图2所示系统和电路结构，激励施加电路的第一输入端连接到比较子电路的输出端，输出端通过第一本安防护单元连接到外部油位传感器(C1)，用于向外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)输出激励信号，使得谐振选频电路可以根据标准电感(L1)和外部油位传感器(C1)的并联阻抗与第一电阻(R1)的分压，以通过该谐振选频电路输出的电平信号获取外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联谐振点，并且记录并联谐振点的激励信号频率，从而获取到外部油位传感器(C1)的电容值。

如图2所示，本发明实施例中的同相放大子电路具体包括：运算放大器(N1)，以及串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)。

该同相放大子电路的结构中，第三电阻(R3)与第二电阻(R2)连接的一端连接到运算放大器的(N1)的输入负端，标准电感(L1)与外部油位传感器(C1)的并联通路与第一电阻(R1)连接的一端连接到运算放大器的(N1)的输入正端，第三电阻(R3)的另一端连接到运算放大器(N1)的输出端。另外，本发明实施例中的同相放大子电路还形成一反馈输入通道。

如图2所示，本发明实施例中的比较子电路包括：第一比较器(N2)，以及串联的第四电阻(R4)和第五电阻(R5)。

该比较子电路的结构中，第五电阻(R5)与第四电阻(R4)连接的一端连接到第一比较器(N2)的输入正端，运算放大器的(N1)的输出端连接到比较器(N2)的输入负端，第五电阻(R5)的另一端连接到第一比较器(N2)的输出端。可选地，该比较子电路实际上为一幅值选择电路；另外，该比较子电路也可根据系统资源选择模拟采集的方式实现。

基于本发明实施例提供的谐振选频电路的具体结构，该谐振选频电路可以在第一电阻(R1)的分压小于预设电压值时，输出用于表示并联谐振点的高电平信号。举例来说，通常在第一电阻(R1)的分压接近于0时，输出用于表示并联谐振点的高电平信号。

可选地，图3为图1所示轻量化航空油量检测系统中另一种谐振选频电路和相关电路的结构示意图。在图2所示电路的基础上，本发明实施例中的比较子电路中还可以包括：第一电平转换单元。

如图3所示，本发明实施例中的第一电平转换单元包括：与第一比较器(N2)的输出端相连接的第六电阻(R6)，第六电阻(R6)的另一端分别连接到第1二极管(V1)的阴极和第2二极管(V2)的阳极，第1二极管(V1)的阳极接地，第2二极管(V2)的阳极连接到数字电源电压。

采用该第一电平转换单元，第六电阻(R6)、第1二极管(V1)和第2二极管(V2)使得输出可以匹配数字电平，例如，当第一比较器(N2)的输出大于3.3时，V2导通，输出为3.3V；输出在0～3.3时，V1和V2均不导通，输出为实际N2的输出值；输出小于0时，V1导通，输出为0V；该第一电平转换单元用于与后级数字电路(FPGA)进行电平匹配。

如图1所示，本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统中，激励施加电路，包括：依次连接的FPGA单元、D/A转换单元、滤波和放大单元；其中FPGA单元的选频输入端作为激励施加电路的一个输入端，连接谐振选频电路的输出端，滤波和放大单元的输出端作为激励施加电路的输出端，连接到外部油位传感器(C1)与谐振选频电路的并联通路上。

基于本发明实施例提供的激励施加电路的具体结构，该激励施加电路可以通过FPGA单元控制D/A转换单元输出正弦脉冲调制信号，正弦脉冲调制信号经过滤波和放大后形成激励信号，激励信号经过第一本安防护电路的限流后，施加在被测油量的外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联通路上，完成对谐振选频电路的激励施加。

进一步地，在本发明实施例中，上述激励施加电路还可以包括：激励回采子电路，该激励回采子电路的输入端连接到滤波和放大单元的输出端，输出端连接到FPGA单元的回采输入端。

基于该激励回采子电路的设置，本发明实施例中激励施加电路输出的激励信号同时施加到激励回采子电路的输入端，并通过激励回采子电路的输出信号监控施加到外部油位传感器(C1)与标准电感(L1)的并联通路上的激励信号的频率。

在本发明实施例的一种实现方式中，激励回采子电路中设置有激励信号的回采门限值Δ，回采门限值Δ通常设置为激励信号幅值的0.6-0.8倍。

在本发明实施例的另一种实现方式中，激励回采子电路采用模拟采集的方式来确认激励信号的输出频率。

需要说明的是，本发明实施例中该激励回采子电路的特点是，为了防止没有激励信号输出的情况下采集到外部干扰，设置了激励信号的回采门限值Δ。该回采门限值Δ例如可以设置为激励电压幅值Aexc的0.6-0.8倍；或采用模拟采集的方式来确认激励电压输出。

可选地，该激励回采子电路也可根据系统资源选择模拟采集的方式实现。

参照图2所示电路结构，本发明实施例中的激励回采子电路具体可以包括：第二比较器(N3)，以及串联的第七电阻(R7)和第八电阻(R8)。

该激励回采子电路的结构中，第八电阻(R8)与第七电阻(R7)连接的一端连接到第二比较器(N3)的输入正端，激励信号接入到第二比较器(N3)的输入负端，第八电阻(R8)的另一端连接到第二比较器(N3)的输出端。

该激励回采子电路中，第二比较器(N3)，以及第七电阻(R7)和第八电阻(R8)构成了激励门限判别电路，将超过门限的激励波形转化成方波。

本发明实施例中为了确认激励信号的输出，需要通过激励回子电路道进行。该激励回子电路可以根据系统资源，选择比较器或者模拟采集的方式实现，当确认激励输出幅值达到要求后，可以开始上述寻找谐振频率的工作。

可选地，与上述比较子电路类似地，本发明实施例中的激励回采子电路还可以包括：第二电平转换单元。

如图3所示，本发明实施例中的第二电平转换单元包括：与第二比较器(N3)的输出端相连接的第九电阻(R9)，第九电阻(R9)的另一端分别连接到第3二极管(V3)的阴极和第4二极管(V4)的阳极，第3二极管(V3)的阳极接地，第4二极管(V4)的阳极连接到数字电源电压。

采用该第二电平转换单元，第九电阻(R9)、第3二极管(V3)和第4二极管(V4)使得输出可以匹配数字电平，例如，当第二比较器(N3)的输出大于3.3时，V4导通，输出为3.3V；输出在0～3.3时，V3和V4均不导通，输出为实际N3的输出值；输出小于0时，V3导通，输出为0V；该第二电平转换单元用于与后级数字电路(FPGA)进行电平匹配。

本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统中，激励施加电路可以通过总线控制D/A转换单元输出特定频率的SPWM波形(例如为正弦脉冲调制信号，即激励信号)，该SPWM波形经过滤波和放大后，通过第一本安防护单元的限流作用，激励信号直接加在被测外部油位传感器(C1)与标准电感(L1)的并联通路上。通过改变激励信号的频率，由谐振选频电路寻找外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联谐振点，输出用于表示谐振点的高电平信号。

激励信号从低频向高频逐渐向外部油位传感器(C1)施加激励，由激励回采子电路进行激励的幅值和频率的监测。在施加激励的过程中，R1上的电压随着激励频率的变化而变化，当R1上的电压小于预设值ε时，记录此时的激励频率。另外，激励信号进入激励回采子电路进行监控。

本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统，通过与标准电感(L1)并联的外部油位传感器(C1)，以及第一电阻(R1)、同相放大子电路和比较子电路形成谐振选频电路，并通过与该谐振选频电路连接的激励施加电路，向外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联通路输出激励信号，通过改变激励信号的频率，由谐振选频电路寻找外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联谐振点，输出用于表示谐振点的高电平信号，从而可以计算出外部油位传感器(C1)的电容值。采用本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统，实现了在不降低采集精度的情况下，实现了航空油量采集的轻量化的要求，从而解决了现有航空油量的测量方式，普通存在测量方法环节较多、测量电路的板面积较大，以及大量占用系统资源等问题。

基于本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统，本发明实施例还提供一种轻量化航空油量检测方法，本发明实施例提供的轻量化航空油量检测方法可以采用本发明上述任一实施例提供的轻量化航空油量检测系统执行，该轻量化航空油量检测方法，可以包括如下步骤：

步骤1，通过激励施加电路向标准电感(L1)与外部油位传感器(C1)的并联通路施加激励信号。

在该步骤1中，还可以通过激励回采子电路对激励信号的判断，确认激励施加电路的工作状态。

例如，当激励回采子电路有频率无信号输出，定位为激励施加电路异常；再例如，当激励回采子电路有频率信号输出，但信号频率与激励信号的频率不一致时，定位为激励施加电路异常。

步骤2，通过激励施加电路调整施加到激励信号的频率，并通过谐振选频电路输出的高电平信号通知激励施加电路谐振选频电路达到并联谐振点，并记录当前激励信号的频率。

步骤3，根据并联谐振情况下的激励信号的频率，获取到外部油位传感器(C1)的电容值。

本发明实施例中，计算外部油位传感器(C1)的电容值的具体方式，即步骤3的具体实现方式，可以包括：

根据并联谐振情况下的激励信号的频率f₀，标准电感(L1)的内部高精度参考电感值，计算出外部油位传感器(C1)的电容值，计算方式为：

其中，L₁为标准电感(L1)的内部高精度参考电感值，C₁为外部油位传感器(C1)的电容值。

以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的轻量化航空油量检测系统和方法的具体实施方式进行说明。

参照图1和图2所示，该具体实施示例中轻量化航空油量检测系统包括以下几个部分：谐振选频电路和激励施加电路。

具体的，通过与标准电感(L1)并联的外部油位传感器(C1)，以及第一电阻(R1)、同相放大子电路和比较子电路形成谐振选频电路；其中，第一电阻(R1)用于限流和分压，运算放大器(N1)，第二电阻(R2)和第三电阻(R3)形成同相放大子电路；第一比较器(N2)，第四电阻(R4)和第五电阻(R5)形成比较子电路；第二比较器(N3)，以及第七电阻(R7)和第八电阻(R8)构成了激励门限判别电路，将超过门限的激励波形转化成方波。

进一步地，第六电阻(R6)、第1二极管(V1)和第2二极管(V2)，使得输出可以匹配数字电平；第九电阻(R9)、第3二极管(V3)和第4二极管(V4)，同样使得输出可以匹配数字电平。

另外，通过与该谐振选频电路连接的激励施加电路，向外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联通路输出激励信号，通过改变激励信号的频率，由谐振选频电路寻找外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联谐振点，输出用于表示谐振点的高电平信号。

本发明实施例在具体实现中，激励施加电路可以通过总线控制D/A转换单元输出特定频率的SPWM波形，该SPWM波形经过滤波和放大后，通过第一本安防护单元的限流作用，激励信号直接加在被测外部油位传感器(C1)与标准电感(L1)的并联通路上。当通过激励回采子电路确认激励信号输出后，通过改变激励信号的频率，寻找C1和L1的并联谐振点。

在并联谐振的情况下(即输出为高电平信号时)，外部油位传感器(C1)和标准电感(L1)的并联通路可以表现为纯阻性，且等效电阻值等于(R为标准电感L1的直流电阻)，该等效电阻与第一电阻(R1)进行分压。当在谐振点附近，第一电阻(R1)上的分压非常小，具体地，当R1上的分压小于预设值ε时，认为达到了谐振点。在具体实现中，R1上的分压经过放大后，进入比较子电路，该比较子电路根据系统现有资源，可以是比较器，也可以是模拟采集，目的是根据谐振点时并联等效阻抗最大的原理，捕获谐振时的R1的电压信息，并根据此时的激励信号的频率来计算电容值C1。

需要说明的是，本发明实施例中，为了保证采集精度，R1可以选择500Ω到2kΩ之间。ε选择25-50mV之间的一个值；根据σ∈(30,200)之间选择合适的电阻R2和R3，且需要R₂//R₃＝R₁；根据公式k∈(0.6,0.8)选择合适的R4和R5的阻值。

该具体实施示例中，计算电容值C1的具体步骤为：

a.由FPGA单元控制D/A转换单元输出300Hz，峰值为10V的SPWM波，经过滤波和放大后，生成峰值为10V的正弦波；

b.当10us后反馈输入通道确认采集信号幅值是否小于预设值ε，当小于预设值ε时，记录此时的激励频率并进入步骤d；否则进行步骤c；

c.当采集信号幅值大于预设值ε，且当频率小于15MHz的情况下，提高正弦波激励频率200Hz，然后进入步骤b；当频率大于15MHz，采集报故；

d.根据获得的谐振频率。将L1和谐振信号的频率f₀带入以下公式，计算出C1的容值。

其中，L₁为标准电感(L1)的内部高精度参考电感值，C₁为外部油位传感器(C1)的电容值。

该具体实施示例中，辅助故障定位方法如下：

a.如激励信号输出，且激励回采子电路有频率无信号输出，定位为激励电路异常；

b.如激励回采子电路有频率信号输出，但信号频率与激励频率不一致，定位为激励电路异常；

c.如激励信号输出，且激励回采子电路采集正常，在各个频率下反馈输入通道均无输出，定位为反馈输入通道异常。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。