[发明专利]多路大气数据压力信号F/D转换电路

说明书

本发明提供的一种多路大气数据压力信号F/D转换电路，旨在提供一种方法简单、复杂度低，测量精度高、性能可靠的F/D转换电路。本发明通过下述技术方案予以实现：信号源模块通过频率发生器输出的基准频率fcp送入门控电路，作为FPGA内置基准频率计数器的计数时钟；传感器信号通过门控电路送入F/D转换计数器模块内的分频计数器，并将基准频率计数值通过总线发送给多通道DSP；读取基准频率计数器计数值和所计脉冲数计数值后，通过分频计数器将传感器信号进行2supgt;n/supgt;整数倍分频，获得传感器信号的周期，将基准频率计数值和分频计数值转换为实际的频率值，得到多路压力信号的被测传感器信号周期的tx＝Nx/(2supgt;n/supgt;×fcp)的脉冲数。

技术领域

本发明涉及一种大气参数采集系统多路大气数据压力信号F/D转换电路，尤其是基于FPGA的多路频率信号测量。

背景技术

现代飞行器的飞行控制系统、发动机控制系统、导航系统和仪表显示系统等需要准确地静压、动压、高度、高度变化率、指示空速、真实空速等信息，而上述的这些参数是空气总压、静压的函数。大气数据指航空器与机体气流的相对参数,主要包括总压、静压侧滑角、高度、指示空速、马赫数等参数,这些重要的大气参数是飞机动力系统、飞控系统、导航系统、指示系统等不可缺少的信息。这些系统所需大气数据信息均可由气压高度、指示空速、马赫数、大气温度、大气密度和真空速等几个主要参数直接提供或者经过简单的运算提供。而这些主要参数又可由静压、动压和总温三个基本参数计算出来。大气数据计算机就是在获得静压、动压、总温和少量的其它参数(如迎角)后，经过解算或运算，最后输出大量的大气数据信息(其中包括显示)的系统，这样的系统也常常称作“ADC”。准确测量相关压力参数对大气数据系统来讲至关重要。大气数据信息的准确性直接影响飞行器的飞行控制系统的准确性，从而影响飞行安全。

大气数据计算机(ADC)是飞行器、发动机、自动控制系统、导航系统、空中管制系统以及告警系统等的仪表显示或控制必不可少的设备。其接收总压、静压信号，通过压力传感器将压力信号转换电信号，并采集该电信号，经解算后将结果以指定的方式传送给这些系统，解算的参数有静压、总压、动压、真空运、指示空速、升降速度等等与大气有关的参数。大气数据计算机系统的振动频率是圆筒的材料和形状的函数，NCk频率的稳定精度仅仅取决于材料的稳定性。如果考虑材料的弹性温度系数影响，这个频率的高低应决定于圆筒内外气体压力差，谐振频率与被测压力成单值函数关系。但是，频率与压力是线性关系，而是近似成抛物线关系。在测量中等压力时，传感器的非线性一般在5～6％左右，又因要使每只振动筒具有完全一致的物理尺寸是不可能的，因此各只振动筒的零压力频率均有差异，但要求输出线性特性相同，故必须要进行线性化处理，才能达到自动校正与补偿的目的。大气数据计算机的任务是将所何输入信号准确无误地转化为CADC数据处理部件所能接受的数字量，以便其进行数据处理。根据具体输入信号的不同，输入接口的组成也不尽相同，大致可分为以下几个部分：F/D转换、A/D转换、离散量接IZI和数字量接口。F/D转换主要用于将振动筒传感器的频率输出信号转换为数字量信号，即频率/数字转换，通常频率测量有两种方法：频率直接测量法和周期测量法。采用频率直接测量法存在两个问题：一是测量周期太长，要准确测量频率，就要准确给定以秒为单位的时间信号。这样，测量周期不能满足ADC对输出参数提出的测量速度的要求。而且，测量周期长，造成的动态误差也大。二是测量分辨率低，量化误差大。由于在规定的压力测量范围内，传感器输出的有效脉冲数(频率的变化量)少、量化误差大、压力分辨率低。其结果使高度、速度、马赫数等输出参数的误差大，分辨率低，以至不能满足测量精度的要求。通常大气数锯系统CADC的测试设备采用自行研制或引进国外测试系统，这些测试设备往往只能满足某一种型号的CADC的要求，而不具备通用性。其中主要存在以下不足：不同型号的测试系统只能测试具体产品的几项指标，相同产品要多个系统上测试，从而增加了劳动强度。测试系统通常是将软件固化在硬件上，升级困难。购买新的系统，旧系统会淘汰，不利于资源的使用。在实际应用中，CADC输出的大气参数的形式各种各样，因而，CADC对测试设备的要求也不尽相同。当CADC有几路相同类型的信号时，如多个模拟量电压输出信号，数字电压表一次只能测量一路信号。早期的大气数据计算机一般选用两个传感器作为压力受感器(静压和总压)，而现在的大气数据系统需要采集多路压力信号，需要多个压力受感器，相应需要多个通道的频率/数字(以下简称F/D)转换电路，所需要的硬件芯片成倍的增加。现有技术中，振动筒压力传感器和硅谐振压力传感器具有高精度高可靠性的特点，是大气数据系统中首选的压力传感器。这两种传感器的输出频率范围在1kHz到100kHz不等。测量周期一定时，若提高基准频率fcp，基准频率计数器的计数Nx就多，这样就能减少量化误差，提高测量精度和分辨率。