[发明专利]一种耗尽关机液位信号变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及液位的监测与控制。

背景技术

在很多领域，实时的液位测量可准确反映当前状态信息。例如，在液体火箭飞行过程中，贮箱内推进剂耗尽时的液位信息是火箭控制系统中的关键参数，直接参与控制，为发动机提供关机信号，是决定发射成败的关键因素之一。另外，随着新一代运载火箭逐步放弃了有剧毒、危险的常规推进剂，开始采用无毒、无污染推进剂，液氢、液氧、煤油等推进剂的广泛使用因此成为大势所趋。由于火箭低温推进剂耗尽时液位测量具有要求精度高、液位变化快、温度存在变化、液面晃动等特点，如何利用特定的传感技术，在信号的转换电路中输出可准确反映液体火箭推进剂耗尽关机时液位信息，并提供准确的关机信号，在航空、航天及相关领域具有重要的意义。

目前，国内用于测量液体火箭推进剂耗尽关机液位的传感器是光电式耗尽关机传感器，它采用光电式原理，通过棱镜折射面内外介质折射率的不同光线路径以不同的方式来区分贮箱内的液态与气态。此种方法适用于常规液体介质，不可用于低温介质下耗尽关机液位测量。

由于低温环境下液位测量方法的有限性，国内外航天领域用于低温燃料特定液位点测量的主要手段为环形电容式液位传感器，环形电容式液位传感器以不同的介质具有不同的介电常数为测量基础，其传感器敏感电容是由一个内环和一个外环组成的多层环形电容器，当液体流入或流出多层环形电容器时，引起介电常数发生改变，从而引起电容的变化，经过液位信号变换装置后，在指定位置发出信号。

然而，对于参于控制的耗尽关机系统来说，单一采用环形电容式液位传感器及处理电路来发出关机信号是不可靠的，传感器或处理电路任何一个部分发生故障，必然会错误发出关机信号，最终导致飞行失败。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种耗尽关机液位信号变换装置，提高可靠性、安全性，特别适用于实现煤油等常温非导电介质液体或液氢、液氧等低温非导电介质液位信号变换的装置。

本发明的技术解决方案是：一种耗尽关机液位信号变换装置，包括环形电容传感器C1、环形电容传感器C2、环形电容传感器C3、环形电容传感器C4、壳体、两个电源转换电路板、上信号处理电路板、下信号处理电路板；

所述环形电容传感器C1、环形电容传感器C2、环形电容传感器C3、环形电容传感器C4分别位于液体贮箱中同一水平面的四个象限；所述环形电容传感器C1与环形电容传感器C2相对于第一象限和第二象限的对称轴对称安装；所述环形电容传感器C3与环形电容传感器C4相对于第三象限和第四象限的对称轴对称安装；

所述壳体包括上腔体、下腔体、输入连接器和输出连接器；所述两个电源转换电路板分别固定连接于上腔体和下腔体内；上信号处理电路板、下信号处理电路板分别固定连接于上腔体和下腔体内；所述输入连接器将环形电容传感器与上信号处理电路板和下信号处理电路板连接；

所述两个个电源转换电路板均与外部电源连接，将外部电源进行电压转换后分别输入给上信号处理电路板和下信号处理板；

所述上信号处理电路板包括第一路开关电路和第三路开关电路；下信号处理电路板包括第二路开关电路和第四路开关电路；第一路开关电路的输入端与环形电容传感器C1连接，第二路开关电路的输入端与环形电容传感器C2连接，第三路开关电路的输入端与环形电容传感器C3连接，第四路开关电路的输入端与环形电容传感器C4连接；每一路开关电路的布局都相同，每一路开关电路根据对应的环形电容传感器的电容信号，判断液面是否到达液位高度点，并产生继电器开关通断信号；第一路开关电路的控制输出端与第三路开关电路的控制输出端串联，形成上开关；第二路开关电路的控制输出端与第四路开关电路的控制输出端串联，形成下开关；所述上开关与下开关并联，形成总开关，所述总开关通过壳体上的输出连接器与外部的控制系统连接。

所述每一路开关电路包括信号源发生电路、电容电压变换电路、交流放大电路、精密检波电路、比较器电路、继电器电路；所述信号源发生电路产生正弦波信号，并发送给电容电压变换电路；所述电容电压变换电路的输入端接收环形电容传感器的电容信号，计算出电容变化量并转换为交流电压信号发送至交流放大电路；所述交流放大电路将交流电压信号放大后发送至精密检波电路；所述精密检波电路将放大后的交流电压信号转换为直流电压信号，并输出至比较电路；所述比较电路将直流电压信号与基准电压进行比较，产生用于驱动继电器电路的电平信号；继电器电路根据电平信号产生继电器开关通断信号，通过输出连接器发送给外部的控制系统。