[发明专利]一种航空专用位移传感器的测量方法

说明书

技术领域：

本发明属于传感器领域，涉及一种无源传感器的驱动和检测方法，尤其是一种航空领域的无源电感性非接触式位移传感器(Aerospace Inductive Proximity Sensors)的驱动和检测方法，以及使用查表法计算电感值的优化方法，尤其适用于以查表法进行r-L电路充放电曲线进行采样计算的查找表压缩。

背景技术：

由于非接触式位移传感器具备比机械位移开关更高的可靠性和MTBF(平均无故障工作小时数)，被越来越多地应用于航空领域的机电系统中。包括各类航空器的起落架、客货舱门、副翼、推力反向器等。涉及的航空器类型包括大型民航客机、运输机等。

工业领域中使用的非接触式位移传感器通常是有源的，体积大，线圈绕线粗，通过强电流驱动进行检测，对外输出数字开关信号，使用相对方便。然而该传感器大电流的驱动和控制方式无法满足航空领域通用的电磁兼容标准。航空领域中无法采用工业领域的传感器。

目前航空领域使用的非接触式位移传感器的主要器件由两家公司提供，分别是Crane(美国)和Crouzet(法国)。他们的产品原理和内部结构相同、主要参数指标相似。传感器是无源传感器，其内部电路结构简单，由一组线圈绕制而成。如图1所示，接近式位移传感器的等效电路模型是由纯电阻r和电感L串联构成。其电感值和线圈通流能力都远小于工业用传感器，电感最大值不超过10mH、线圈通流不超过20mA。

目前业界流行的无源电感性非接触式位移传感器的驱动和检测方法主要有两种：模拟测量法和数字测量法。

模拟测量法是对传感器线圈施加脉冲激励后，通过比较器对比R-L放电曲线阈值从而实现对电感量的测试。进一步通过对电感量值的判断判断出传感器附近是否有目标物体接近。这种做法是目前业界最常用的手段，电路简单、可靠。但是由于传感器内部电阻温漂大，导致测量系统工作温度范围小，有待解决工作温度与测量精度之间的矛盾。

数字测量法通常对传感器电路施加正弦波激励，通过对电压和电流波形采样，利用快速傅里叶变换(FFT)算法求出电压和电流相位差，算出传感器的电感量L。通过计算消除传感器内阻的温漂，消除环境温度带来的测量误差，扩展工作温度范围。但是该方法测量稳定性差、易受外界电磁烦扰、实时性差。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种数模混合的航空专用位移传感器的测量方法，该方法兼容了两种传统测量方法测量法的优点：确保系统在军标温度范围内工作，同时提高系统测量的稳定性、可靠性和实时性，且不存在浮点运算，省去了CPU或MCU硬件资源。为了保证以上方法的准确实施，本发明设计了计算二维查找表的具体方法、查找表法量化误差的评估方法以及大幅度压缩查找表尺寸的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种航空专用位移传感器的测量方法，按照如下步骤：

(1)建立测量电路：磁感应传感器由内阻r和电感L构成，其中内阻r随环境温度变化而变化，电感L和传感器附近金属目标接近程度有关；用串联的限流电阻R、磁感应传感器、受控开关构成位移传感器测量电路；在限流电阻R和内阻r之间的电压测量节点处设置模数转换器(ADC)。

(2)建立查找表：使用ADC测量第一固定延迟时间T1对应的第一电压测量值U1；使用ADC测量第二固定延迟时间T2对应的第二电压测量值U2；得到r-L电路的放电电压方程U1(T1，R，r，L)和U2(T2，R，r，L)；其中T1，T2，R都是常数，联立两个方程建立内阻r和电感L关于放电电压采样值U1和U2的查找表。

(3)压缩查找表，利用压缩后的查找表进行位移传感器的测量：以12位ADC为例，完整的二维查找表尺寸为2¹²×2¹²，存储量16M个单元。为使本发明具备实用性，必须找到查找表的有效压缩途径才能使本方法具备实用性。充分利用实际电路中采样值[U1，U2]的分布特征可对查找表进行有效压缩。

所述步骤(2)是：

在第一固定延迟时间T1和第二固定延迟时间T2之间受控开关处于开启状态，电感L通过内部和外部电阻进行缓慢放电；初始时间T0受控开关闭合，之后电感L开始充电，其电流为：