[发明专利]一种大涵道比发动机机载振动信号调理方法

说明书

本发明属于机载振动监测技术领域，涉及一种大涵道比发动机机载振动信号调理方法。本发明使用T型网络架构的电荷放大器，实现对加速度电荷信号的放大，并转换为电压信号；使用4阶高通滤波器，实现对转换的电压信号进行滤波处理；使用抗低频饱和积分放大器，实现对低频小量值电压信号的有效放大；使用8阶低通滤波器，实现对振动信号的滤波处理，防止信号混叠；最终增加了低频(8Hz‑83Hz)振动信号放大倍数，提高了低频信号信噪比和抗干扰能力；同时引入的4阶高通滤波器抑制积分器超低频(0Hz‑8Hz)放大特性，避免超低频噪音的引入，有效提高低频(8Hz‑83Hz)小量值加速度信号精度。

技术领域

本发明属于振动监测技术领域，具体的说是一种机械冲击和振动信号放大处理电路及方法，用于在各种冲击和振动环境下，电荷信号的放大和处理。

背景技术

目前，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的振动信号，在实际工程中振动信号的大小经常用加速度来度量，加速度一般通过压电加速度传感器进行测量。压电加速度传感器输出的电荷量很小，电荷放大器在测量系统中最明显的优点是电缆分布电容的变化不会影响测量结果。传统的电荷放大器一般采用单端放大，然后经过滤波处理的测量方法，这种测量方法容易受到共模信号的干扰，且由于为了满足测量频率范围和精度的要求，所选择的反馈电阻较大，使得电荷放大器的温漂和偏移电压较大，影响整个放大器的测量精度。

在机载大涵道比发动机动平衡功能中，发动机风扇转速频率从8Hz-83Hz，发动机动平衡频率较低，因此对低频(8Hz-83Hz)加速度电荷信号精度要求特别高，如何提高低频小量值加速度信号精度，成为一个动平衡功能必须要解决的关键技术。

目前大涵道比航空发动机上多采用的是电荷放大器和带通滤波器来对加速度电荷信号进行放大和调理，存在抗干扰能力、精度、线性度较差问题；已有的“一种宽频带电荷放大器及其设计方法”扩展了电荷放大器频率范围，但是对于低频小量值电荷信号没有特殊处理，导致低频小量值电荷信号精度较低；另“一种电荷放大电路”主要描述了电荷信号处理流程，先经过电荷放大，再通过高通滤波器、低通滤波器对电荷信号进行放大滤波，提高信噪比，提高了抗干扰能力，但仍然对于低频小量值电荷信号没有特殊处理，无法提高低频小量值电荷信号精度。

传统的方法没有针对大涵道比发动机动平衡加速度信号低频小量值进行特殊处理，导致大涵道比发动机加速度信号低频小量值采集精度不高。因此，需要一种能提高低频小量值的加速度信号放大。

发明内容

本发明针对大涵道比发动机动平衡加速度信号低频小量值精度低和第一、二种方法存在的问题，提出了基于积分放大器的大涵道比发动机机载振动信号调理方法及电路(硬件架构如图4)，该方法及电路能够有效提高低频小量值加速度信号精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

该大涵道比发动机机载振动信号调理电路包括依次连接的电荷放大器、高通滤波器、积分放大器、低通滤波器和采集电路；所述电荷放大器用于将采集到的发动机振动微弱电荷信号转换为电压信号并滤除电荷信号中的超低频干扰部分，高通滤波器用于对电压信号进行滤波，积分放大器用于对电压信号进行抗低频饱和及积分放大处理，低通滤波器用于对电压信号进行平滑处理，采集电路用于对电压信号进行采集转换。

进一步的，所述电荷放大器包括电容C3、C5、C6，电阻R4、R5、R9，放大器B；所述电容C3与放大器B的负输入端连接；电容C5一端连接在电容C3与放大器B负输入端之间，另一端与放大器B的输出端连接；电阻R4与R5串联后再与电容C5并联；电容C6一端与电阻R9连接，另一端连接在电阻R4与R5之间；电阻R9一端连接电容C6，另一端分别与放大器B正输入端和地线连接。