一种基于CF转换的燃油测量系统及其测量方法与流程

一种基于cf转换的燃油测量系统及其测量方法
技术领域
1.本发明属于航空航天油箱油量测量技术领域，具体地说，涉及一种基于cf转换的燃油测量系统及其测量方法。


背景技术：

2.现如今，本领域有多种方法已经用来测量燃油，从杠杆浮子式测量装置的逐次离散油位测量技术，到电容式装置的连续测量技术等。由于电容式测量技术产品结构简单、适应性强、分辨率高、性能稳定等特点，使得该技术在油量测量领域中得到广泛应用。随着微电子技术的发展、系统集成度要求的不断提高及油量测量产品使用环境日益复杂，电容式测量技术原理也出现了基于直流测量原理的c/v测量、基于交流测量原理的平衡电桥测量等测量方法。
3.无论是基于直流测量原理的c/v测量，还是基于交流测量原理的电桥测量方法，其最终结果都是对通过传感器后的返回电流进行测量。由于由于传感器信号输出的电容信号为pf级的小信号，同时出于油箱安全性考虑，该返回电流均为毫安级的小信号。该电流信号在电缆传输过程中易受机上干扰信号影响，且该影响无法通过滤波电路进行消除，因此对信号传输电缆屏蔽要求高，电缆制作难度大且重量重，在电缆屏蔽不完整时还会导致油量测量不准确或油量出现跳变等故障。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种基于cf转换的燃油测量系统及其测量方法，信号发生电路通过激励源对电容传感器进行激励，产生频率与油箱油量成比例的正弦波信号，该信号经过滤波电路滤波及整形电路整形后转换为方波信号，采样电路对一段时间内方波信号中高电平个数进行计数然后得到与油量对应的计数值，再通过cpu对该计数值进行计算实现油量测量功能。本发明通过上述设置对频率信号进行计数，与c/v测量或电桥测量所使用的对电流进行积分的原理相比，其对电缆屏蔽的要求相对较低，减少了传输电缆的制作难度和电缆重量，具有良好的经济性。同时本发明还避免了电缆屏蔽不完整造成的油量测量不准确、油量跳变等故障，提高了产品的电磁兼容性。
5.本发明具体实现内容如下：
6.本发明提出了一种基于cf转换的燃油测量方法，基于燃油测量系统进行燃油测量，包括以下步骤：
7.步骤1：使用油量传感器上的信号发生电路通过激励源对油量传感器进行激励，从而产生频率与油箱油量成比例的正弦波信号；
8.步骤2：将产生的正弦波信号发送到滤波电路进行滤波处理；
9.步骤3：将滤波处理后的信号发送到整形电路处理得到方波信号；
10.步骤4：将处理得到的方波信号发送到采样电路，通过采样电路对方波信号中的高电平个数进行技术，然后得到与油量对应的计数值；
11.步骤5：将与油量对应的计数值发送到cpu单元，通过换算正弦波信号的频率和油箱油量的比例计算得到油量值；
12.所述燃油测量系统包括油量传感器和信号处理装置，所述油量传感器为电容传感器；
13.所述油量传感器上设置有信号发生电路；
14.所述信号处理装置包括滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元；
15.所述油量传感器、信号发生器、滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元依次连接；
16.所述滤波电路为带通滤波电路。
17.为了更好地实现本发明，进一步地，所述滤波电路包括电阻r4、电阻r3、电阻r2、电容c2、电容c3、运算放大器；
18.所述电阻r4、电容c3串联后连接在运算放大器的负极输入端，所述运算放大器的正极输入端接地；
19.所述电容c2搭接在电阻r4、电容c3之间以及运算放大器的输出端；
20.所述电阻r3搭接在运算放大器的输出端后负极输入端之间；
21.所述电阻r2的具体参数选择如下：
[0022][0023]
所述电阻r3的具体参数选择如下：
[0024][0025]
所述电阻r4的具体参数选择如下：
[0026][0027]
式中，q＝通带中心频率/带宽，a1为通带中心频率处的电压放大倍数，根据实际情况确定，we＝2π
×
通带中心频率。
[0028]
本发明还提出了一种基于cf转换的燃油测量系统，用于将测量油量的电容信号转换为频率信号，所述燃油测量系统包括油量传感器和信号处理装置，所述油量传感器为电容传感器；
[0029]
所述油量传感器上设置有信号发生电路；
[0030]
所述信号处理装置包括滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元；
[0031]
所述油量传感器、信号发生器、滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元依次连接；
[0032]
所述滤波电路为带通滤波电路。
[0033]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述信号发生器包括激励源、电阻r1、电容c1；所述电容传感器为电容cx；
[0034]
所述激励源的正极输入端连接5v的电源，负极输入端接地，所述电容c1搭接在激励源的正极输入端和负极输入端之间，所述电阻r1搭接在激励源上；
[0035]
所述电容cx连接在激励源的输出端，并与所述滤波电路连接。
[0036]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述滤波电路包括电阻r4、电阻r3、电阻r2、电容c2、电容c3、运算放大器；
[0037]
所述电阻r4、电容c3串联后连接在运算放大器的负极输入端，所述运算放大器的正极输入端接地；电阻r4的输入端连接所述电容cx；
[0038]
所述电容c2搭接在电阻r4、电容c3之间以及运算放大器的输出端；
[0039]
所述电阻r3搭接在运算放大器的输出端后负极输入端之间；
[0040]
所述运算放大器的输出端连接所述整形电路的输入端。
[0041]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述电阻r2的具体参数选择如下：
[0042][0043]
式中，q＝通带中心频率/带宽，a1为通带中心频率处的电压放大倍数，根据实际情况确定，we＝2π
×
通带中心频率。
[0044]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述电阻r3的具体参数选择如下：
[0045][0046]
式中，q＝通带中心频率/带宽，根据实际情况确定，we＝2π
×
通带中心频率。
[0047]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述电阻r4的具体参数选择如下：
[0048][0049]
式中，q＝通带中心频率/带宽，a1为通带中心频率处的电压放大倍数，根据实际情况确定，we＝2π
×
通带中心频率。
[0050]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述整形电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、比较器、电阻r8；
[0051]
所述电阻r7连接ui电源后搭接在比较器的负极输入端，所述电阻r5连接ur电源后搭接在比较器的正极输入端，所述电阻r6接地后搭接在比较器的负极输入端；通过调整电阻r5和电阻r6的比例来控制整形电路的比较器的导通门阈值；
[0052]
所述电阻r8搭接在比较器的输出端与说话术采样电路连接。
[0053]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述采样电路包括电容c4、电阻r9、采样芯片；
[0054]
所述电容c4搭接在采样芯片上作为滤波电容；所述电阻r9连接5v电源后搭接在采样芯片的clk接口；
[0055]
所述采样芯片的采样接收端连接整形电路，接收发送来的方波信号；
[0056]
所述采样芯片的wr接口、rd接口、cs接口，以及数据传输d0-d7接口与所述cpu单元连接。
[0057]
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
[0058]
(1)本发明测量原理是对频率信号进行计数，与c/v测量或电桥测量所使用的对电流进行积分的原理相比，其对电缆屏蔽的要求相对较低，减少了传输电缆的制作难度和电缆重量，具有良好的经济性。
[0059]
(2)同时本发明还避免了电缆屏蔽不完整造成的油量测量不准确、油量跳变等故障，提高了产品的电磁兼容性。
附图说明
[0060]
图1是本发明原理示意框图。
[0061]
图2是图1中信号发生电路的示意图。
[0062]
图3是图1中滤波电路的示意图。
[0063]
图4是图1中整形电路的示意图。
[0064]
图5是图1中采样电路的示意图。
具体实施方式
[0065]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0067]
实施例1：
[0068]
本实施例提出了一种基于cf转换的燃油测量方法，基于燃油测量系统进行燃油测量，如图1所示，包括以下步骤：
[0069]
步骤1：使用油量传感器上的信号发生电路通过激励源对油量传感器进行激励，从而产生频率与油箱油量成比例的正弦波信号；
[0070]
步骤2：将产生的正弦波信号发送到滤波电路进行滤波处理；
[0071]
步骤3：将滤波处理后的信号发送到整形电路处理得到方波信号；
[0072]
步骤4：将处理得到的方波信号发送到采样电路，通过采样电路对方波信号中的高电平个数进行技术，然后得到与油量对应的计数值；
[0073]
步骤5：将与油量对应的计数值发送到cpu单元，通过换算正弦波信号的频率和油箱油量的比例计算得到油量值；
[0074]
所述燃油测量系统包括油量传感器和信号处理装置，所述油量传感器为电容传感器；
[0075]
所述油量传感器上设置有信号发生电路；
[0076]
所述信号处理装置包括滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元；
[0077]
所述油量传感器、信号发生器、滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元依次连接；
[0078]
所述滤波电路为带通滤波电路。
[0079]
工作原理：安装在油量传感器上的信号发生电路对传感器施加固定频率的正弦激励信号，当油量传感器浸油高度发生变化时，传感器输出信号的频率也发生相应的变化。滤波电路为带通滤波，通过设置相应参数使其只能通过相应频率的正弦波信号，从而滤除传感器输出信号在电缆传输过程中耦合进入的干扰信号。整形电路将正弦波信号转化为方波信号，采样电路一段时间内方波信号中高电平个数进行计数，得到与油箱内剩余燃油成比例的计数值，再通过cpu对该计数值进行计算实现油量测量功能。
[0080]
实施例2：
[0081]
本实施例还提出了一种基于cf转换的燃油测量系统，如图1所示，用于将测量油量的电容信号转换为频率信号，所述燃油测量系统包括油量传感器和信号处理装置，所述油量传感器为电容传感器；
[0082]
所述油量传感器上设置有信号发生电路；
[0083]
所述信号处理装置包括滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元；
[0084]
所述油量传感器、信号发生器、滤波电路、整形电路、采样电路、cpu单元依次连接；
[0085]
所述滤波电路为带通滤波电路。
[0086]
实施例3：
[0087]
本实施例在上述实施例2的基础上，为了更好地实现本发明，如图2所示，进一步地，所述信号发生器包括激励源、电阻r1、电容c1；所述电容传感器为电容cx；
[0088]
所述激励源的正极输入端连接5v的电源，负极输入端接地，所述电容c1搭接在激励源的正极输入端和负极输入端之间，所述电阻r1搭接在激励源上；
[0089]
所述电容cx连接在激励源的输出端，并与所述滤波电路连接。
[0090]
本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
[0091]
实施例4：
[0092]
本实施例在上述实施例2或3任一项的基础上，如图3所示，为了更好地实现本发明，进一步地，所述滤波电路包括电阻r4、电阻r3、电阻r2、电容c2、电容c3、运算放大器；
[0093]
所述电阻r4、电容c3串联后连接在运算放大器的负极输入端，所述运算放大器的正极输入端接地；电阻r4的输入端连接所述电容cx；
[0094]
所述电容c2搭接在电阻r4、电容c3之间以及运算放大器的输出端；
[0095]
所述电阻r3搭接在运算放大器的输出端后负极输入端之间；
[0096]
所述运算放大器的输出端连接所述整形电路的输入端。
[0097]
工作原理：滤波电路为带通滤波，仅允许传感器空油到满油时的输出信号范围内的频率通过，对其它频率范围内的波形进行衰减滤波。本设计采用有源滤波，由集成运放和rc网路构成。其中c2和c3为0.1uf，r2～r4设计参数通过下列公式确定：
[0098]
[0099][0100][0101]
式中，q＝通带中心频率/带宽，a1为通带中心频率处的电压放大倍数，根据实际情况确定，we＝2π
×
通带中心频率。
[0102]
本实施例的其他部分与上述实施例2或3任一项相同，故不再赘述。
[0103]
实施例5：
[0104]
本实施例在上述实施例2-4任一项的基础上，为了更好地实现本发明，如图4所示，进一步地，所述整形电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、比较器、电阻r8；
[0105]
所述电阻r7连接ui电源后搭接在比较器的负极输入端，所述电阻r5连接ur电源后搭接在比较器的正极输入端，所述电阻r6接地后搭接在比较器的负极输入端；通过调整电阻r5和电阻r6的比例来控制整形电路的比较器的导通门阈值；
[0106]
所述电阻r8搭接在比较器的输出端与说话术采样电路连接。
[0107]
本实施例的其他部分与上述实施例2-4任一项相同，故不再赘述。
[0108]
实施例6：
[0109]
本实施例在上述实施例2-5任一项的基础上，为了更好地实现本发明，如图5所示，进一步地，所述采样电路包括电容c4、电阻r9、采样芯片；
[0110]
所述电容c4搭接在采样芯片上作为滤波电容；所述电阻r9连接5v电源后搭接在采样芯片的clk接口；
[0111]
所述采样芯片的采样接收端连接整形电路，接收发送来的方波信号；
[0112]
所述采样芯片的wr接口、rd接口、cs接口，以及数据传输d0-d7接口与所述cpu单元连接。
[0113]
工作原理：采样电路使用计数芯片对整形电路输出的方波信号进行计数，记录一段时间内收到的高电平的个数，该计数个数与油箱内剩余燃油量成比例。计数完成后，将该段时间内的高电平个数发送给信号转换装置的cpu进行处理和计算得到油箱内剩余燃油油量值。
[0114]
本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。
[0115]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。