[发明专利]航空发动机气路颗粒微弱静电信号采集系统

说明书

本发明属于传感器设计与信号采集技术领域，公开了一种航空发动机气路颗粒微弱静电信号采集系统，感应探极感应到带静电颗粒物产生的电荷信号，对航空发动机中颗粒物所携带的静电信号实现采集；静电感应在感应探极上感应出电荷，通过信号线传递给信号处理电路板，电荷信号被后面的信号处理电路板采集处理。本发明通过设计静电信号传感器的屏蔽装置提高在对航空发动机气路微弱静电信号采集过程中的抗干扰能力；针对性的设计电荷转换电路，将电荷信号转换成电压信号，便于后级的信号放大、采集等处理；对电压放大电路偏置电压进行处理，设计偏置调零电路，抵消掉偏置电压的影响，提高了对航空发动机气路静电信号采集能力。

技术领域

本发明属于传感器设计与信号采集技术领域，尤其涉及一种航空发动机气路颗粒微弱静电信号采集系统。

背景技术

目前，航空发动机作为飞机动力系统的核心，其性能的好坏、工作的健康状态与飞行器的飞行安全直接相关。发动机运行中因工作环境复杂多变，受到高强度震动、高速、高温等较多状态影响，极易发生故障问题，轻则导致发动机故障发生，重则将会造成飞机毁灭性破坏。因而及时发现定位航空发动机潜在故障并视情维修，成为故障监测技术的首要要求。而传统故障监测技术对航空发动机的实时状态进行评估，还存在一定的局限性。某些故障只有累积到一定程度时，才能够通过这些手段检测到故障信号，此时这些故障有可能已经给发动机带来了一定的不可修复的损害。航空发动机气路静电监测技术是一种能够实现对发动机工作状况实现实时监测的技术，并能够在一定程度上实现提前故障预警。本发明涉及的微弱静电信号采集装置，是一种新型的航空发动机气路状态监测装置，通过采集航空发动机工作产生的颗粒物所携带的静电信号，监控航空发动机尾气静电信号的变化，进而实现对航空发动机的状态监测和故障的提前预警，是航空发动机静电监测技术的硬件基础。

目前，静电监测技术在国外先进战机上已经实现了应用，在提高飞机安全性和故障提前预警上起到了很大作用。但是该项技术在国内目前还不够成熟，国内的研究机构设计制作的静电传感器存在屏蔽功能做的不够好，信号易受到外界的振动、电磁和工频干扰的问题；信号采集电路设计简单，在设计信号转换电路方面，现有专利只是单纯以电压放大电路来对静电信号进行采集放大，没有针对性的设计电荷信号转换电路来实现静电信号到电压信号的转换，现有专利设计的信号采集电路，是利用感应电流在反馈电阻上产生的电压，然后将这个电压放大，这样也能够实现信号的采集，这样设计的电路很简单，成本低，但是采用的反馈电阻会非常大，反馈电阻太大会使得运算放大器本身的失调电流在反馈电阻上产生失调电压，混杂入采集到的静电信号中，导致信号不够准确；在电压放大电路设计中，没有充分，现有设计的电路在搭建放大电路的时候，没有考虑到运算放大器本身的失调电流在反馈电阻上会产生失调电压，这样就会影响采集到的静电信号的准确性，因此需要在设计的过程中对失调电压进行调零；考虑到对偏置电压进行调零，在对信号进行采集的时候容易失真。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术只是单纯以电压放大电路来对静电信号进行采集放大，没有针对性的设计电荷信号转换电路来实现静电信号到电压信号的转换；在电压放大电路设计中，没有充分考虑到对偏置电压进行调零，在对信号进行采集的时候容易失真。

解决以上问题及缺陷的难度为：选择运算放大器比较繁琐耗时，要选择偏置电流参数较小，失调电压小，输入电阻大，线性度好，温漂小的运算放大器来作为信号转换电路的核心；针对运算放大器的特性设计失调电压调零电路，提供稳定的直流电压源来对电路进行供电，和精密度比较高的电位器，以便于调零操作。

解决以上问题及缺陷的意义为：能够将电荷信号转换成更加常见和容易处理的电压信号，便于后面的电路对电压信号进行常规的滤波、放大等处理；将电压偏置调零可以有效减少运算放大器本身的性质带来的干扰；整体的措施是有助于提高采集到的静电信号的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种航空发动机气路颗粒微弱静电信号采集系统。