亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于ECT 技術(shù)的航空發(fā)動機尾氣監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計*

        2015-03-27 07:53:14周苗苗李新建
        傳感器與微系統(tǒng) 2015年5期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機系統(tǒng)

        馬 敏,周苗苗,李新建

        (中國民航大學(xué) 航空自動化學(xué)院,天津300300)

        0 引 言

        航空發(fā)動機是一種安全性、可靠性要求極高的大型設(shè)備,發(fā)動機故障往往能夠?qū)е嘛w行中的重大安全事故。而飛機發(fā)生事故前,航空發(fā)動機內(nèi)部零部件必然已發(fā)生磨損、碰擦、侵蝕等故障,這將會導(dǎo)致發(fā)動機氣路部件的工作狀況出現(xiàn)異常[1,2]。因此,實現(xiàn)航空發(fā)動機氣路狀態(tài)的實時監(jiān)測對降低飛機事故發(fā)生率具有重要的現(xiàn)實意義。

        電容層析成像(ECT)技術(shù)作為一項對電容敏感,且響應(yīng)速度快、與被測物流非接觸、安裝簡便及成本低的過程層析成像技術(shù),在工業(yè)過程參數(shù)的可視化檢測應(yīng)用中已經(jīng)成為一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù),但在航空發(fā)動機監(jiān)測方面尚未得到應(yīng)用。航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其氣路部件處于惡劣的高溫、高壓工作環(huán)境,這些潛在因素在很大程度上限制了傳統(tǒng)監(jiān)測方式在這個領(lǐng)域的沿用,然而基于ECT 技術(shù)的實時監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效克服這一弊端,為新一代航空發(fā)動機尾氣監(jiān)測提供了新的工作方式。

        1 系統(tǒng)的構(gòu)成框架和工作原理

        整個系統(tǒng)主要包括三大模塊:多電極電容傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機成像模塊,如圖1 所示。

        通過對電極形狀、數(shù)目的選擇,接地屏蔽層的合理設(shè)計和對傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較優(yōu)化,最終確定傳感器模塊采用16 極板的ECT 系統(tǒng)傳感器。為便于在設(shè)計中及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改正,提高工作效率,設(shè)計了基于FPGA 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),該方法能夠根據(jù)需要實現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)。另外,為了有效地抑制雜散電容干擾,采用鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)相干檢測,進一步完成了對C/V 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計。計算機成像模塊通過接口電路將數(shù)據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸給計算機,采用迭代算法實現(xiàn)對圖像的重建。

        圖1 16 電極ECT 系統(tǒng)的構(gòu)成圖Fig 1 Structure chart of 16 electrodes-ECT system

        2 傳感器模塊

        ECT 系統(tǒng)由均勻安裝在管道表面的電極對組成,目前常用的有8 極板、12 極板、16 極板等模型,極板數(shù)目越多,則可以獲得的測量數(shù)據(jù)就越多,數(shù)據(jù)源的增多將提高重建圖像的顯示質(zhì)量,然而也會引入信噪比降低、邊緣效應(yīng)增大等隱形問題。綜合考慮采用16 極板的傳感器系統(tǒng)。

        影響傳感器性能的參數(shù)除電極數(shù)外,還包括極板張角、管壁厚度、屏蔽罩半徑等多項參數(shù)[3],經(jīng)查閱資料綜合考慮各項參數(shù)的相關(guān)設(shè)計及COMSOL 仿真,最終確定本系統(tǒng)最終傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。

        表1 ECT 傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab 1 Structure parameters of ECT sensor

        表1 中各參數(shù)的含義如圖2 所示。R1,R2分別為絕緣管內(nèi)徑和外徑;R3為屏蔽罩到軸心的距離;屏蔽罩和絕緣管壁之間填充材料的相對介電常數(shù)為ε1;管壁相對介電常數(shù)為ε2;極板張角θ;徑向極板插入管道壁深度h。傳感器內(nèi)介質(zhì)為發(fā)動機尾氣。ECT 傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖2。

        圖2 ECT 傳感器結(jié)構(gòu)圖Fig 2 Structure chart of ECT sensor

        采用仿真圖像清晰,成像質(zhì)量高,求解速度快的COMSOL Multiphysics 4.3b 軟件實現(xiàn)對傳感器各參數(shù)的設(shè)計。圖3 為最優(yōu)參數(shù)的仿真結(jié)果圖,包括空場和物場兩種情況下的電場線等勢線和電場面分布圖。空場是內(nèi)部相對介電常數(shù)為1 的空氣,物場內(nèi)部有兩相對介電常數(shù)為3 的流體。

        3 數(shù)據(jù)采集和處理模塊

        圖3 ECT 仿真圖Fig 3 Simulation diagram of ECT

        結(jié)合航空發(fā)動機實際工作情況,可知此數(shù)據(jù)采集過程需滿足高速率、高精度、大存儲量以及對環(huán)境適應(yīng)性強的性能要求,基于以上比較,本文選取FPGA 芯片作為核心的邏輯控制器件。該器件選用Xilinx 公司的Spartan—3 系列FPGA 芯片,其核心芯片為XC3s500E。選用LTC1407 型A/D轉(zhuǎn)換器,Verilog HDL 語言作為描述語言實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的采樣、數(shù)據(jù)處理等過程的控制[4],并以Xilinx ISE Design Suite 13.1 軟件為平臺,仿真驗證了這一系統(tǒng)的可行性。

        以FPGA 作為核心器件的數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)構(gòu)如圖4。

        圖4 數(shù)據(jù)采集與處理結(jié)構(gòu)Fig 4 Structure of data acquisition and processing

        3.1 C/V 轉(zhuǎn)換電路

        電容作為一個特殊物理量,測量系統(tǒng)中存在的雜散電容值往往要大于被測電容值,而基于ECT 技術(shù)的測量系統(tǒng)對微小電容的檢測存在一定的局限性,因此,應(yīng)系統(tǒng)要求,本文選擇了抗雜散電容能力較強的物理電路,如圖5 所示。

        圖5 C/V 轉(zhuǎn)換電路Fig 5 C/V conversion circuit

        在該電路中,其上的電流不通過運放,因此,這部分雜散電容不會對輸出Vo(t)產(chǎn)生影響。

        3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路

        本系統(tǒng)采用的A/D 轉(zhuǎn)換電路[5]是一個雙通道的模擬信號采集電路,如圖6 所示。它由可變增益放大器LTC6912—1 和A/D 轉(zhuǎn)換芯片LTC1407—1 兩部分組成。

        圖6 A/D 轉(zhuǎn)換電路Fig 6 A/D conversion circuit

        A/D 轉(zhuǎn)換芯片LTC1407A—1 兩個通道的反相端輸入固定電平REF=1.65 V。LTC1407A—1 是14 位的A/D 轉(zhuǎn)換芯片,輸入信號電壓范圍為-1.25 ~+1.25 V,中點是1.65 V的參考電壓。

        通過外部調(diào)節(jié),自主改變可變增益放大器的放大倍數(shù)可以為芯片提供合適的電壓信號,從而提高整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換精度。

        3.3 系統(tǒng)流程控制

        考慮到FPGA 不善長流程控制,在本文設(shè)計中引入了MCU 軟核,用于數(shù)據(jù)采集過程的流程控制,ECT 系統(tǒng)流程如圖7。

        圖7 ECT 系統(tǒng)流程Fig 7 Flow chart of ECT system

        4 計算機成像模塊

        圖像重建基本思想是依據(jù)有限的投影數(shù)據(jù),采用簡單有效的圖像重建算法以實現(xiàn)Radon 逆變換的過程。其主要數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是基于Radon 變換和Radon 逆變換[6],奧地利數(shù)學(xué)家Radon 于20 世紀初期在其發(fā)表的論文中證明,任何N 維物體可以通過其N-1 維投影來重建。對于二維圖像,Radon 變換和Radon 逆變換原理如圖8 所示。

        圖8 Radon(逆)變換原理圖Fig 8 Principle diagram of Radon transform and Radon inv-transform

        圖8 中,若f(x,y)在平面域Ω 上是連續(xù)的,且在整個平面內(nèi)式(1)是收斂的,則f(r,θ)沿某一直線g 的積分如式(2)所示,被稱為函數(shù)f(r,θ)的Radon 變換

        與此同時,Radon J 在理論上還證明了函數(shù)f(r,θ)在定義域Ω 中任意一點(r,θ)處的函數(shù)值可以由在無窮多個觀測角度φ 下的線積分F(ρ,φ)可由Radon 逆變換唯一確定,按式(3)

        對于本文16 電極的ECT 系統(tǒng),其掃描測量過程為:極板1 首先被選為激勵電極,給極板1 加一電壓值,其他2,3,…,16 為檢測電極,測量極板對1-2,1-3,...,1-16 間的電容值;然后選擇極板2 為激勵電極,極板1 接地,3,4,…,15為檢測電極,測量極板對2-3,2-4,…,2-16 的電容值,依次類推,直至測量完極板對15-16 的電容值。因此,可以得到個獨立的測量電容值,就是通過這組數(shù)據(jù)反演管內(nèi)介質(zhì)的分布圖像[7,8]。

        5 仿真結(jié)果與驗證

        由于航空發(fā)動機尾氣是多相流介質(zhì),且各項介質(zhì)具有不同的相對介電常數(shù)。一旦發(fā)動機尾氣內(nèi)組分濃度發(fā)生變化,相應(yīng)地就會引起多相流混合介質(zhì)等價介電常數(shù)發(fā)生變化,并導(dǎo)致極板間電容值和實時采集的投影數(shù)據(jù)皆更變的連鎖效應(yīng),圖9 所示為模擬管內(nèi)充滿相對介電常數(shù)為1 的物質(zhì)時所測得的120 個電容測量值。如果其中摻雜進去相對介電常數(shù)為3 的物質(zhì)流,便可得到120 組新的電容測量數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)通過計算機成像便可重建出管道內(nèi)物質(zhì)分布,如圖10 所示,圖中四幅圖像表示發(fā)動機管中存在相對介電常數(shù)為3 的物質(zhì)流由匯聚到攤開的形狀變化過程。

        圖9 120 個測量值Fig 9 120 measurement values

        圖10 物質(zhì)流形狀改變所成部分圖像Fig 10 Images of material flow with changing shape

        結(jié)果表明:當設(shè)計管道內(nèi)放入兩相或多相介質(zhì)時,通過本系統(tǒng)能夠成功采集數(shù)據(jù),并經(jīng)USB 接口傳送給計算機能實現(xiàn)圖像重建,最終重建出飛機發(fā)動機中介質(zhì)分布圖像,驗證了本設(shè)計的可行性。

        6 結(jié)束語

        ECT 技術(shù)以其使用范圍廣、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、非侵入性、安全性能好等優(yōu)點,已在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文首次將該技術(shù)應(yīng)用在飛機尾氣監(jiān)測領(lǐng)域中,在此基礎(chǔ)上,為節(jié)省外部電路,提高采集速率,改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集采用單片機和DSP 作為主控模塊的方法,采用基于FPGA 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),使系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、功耗小,實時性好的優(yōu)勢。

        [1] Couch R P,Rossbach D R.Sensing incipient engine failure with electrostatic probes[C]∥Instrumentation for Air-breathing Propulsion,USA,EI,1972:515-529.

        [2] Fisher C E.Gas path debris monitoring—A 21st century PHM Tool[C]∥Proceedings of IEEE Aerospace Conference,Montana,USA,IEEE,2000:441-448.

        [3] 李 楠.相鄰電容傳感器設(shè)計及ECT 技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2010.

        [4] 夏宇聞.復(fù)雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的Verilog HDL 設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998:110-128.

        [5] 李 輝.基于FPGA 的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008:155-157.

        [6] 張 珍.電容層析成像感興趣區(qū)域圖像重建算法研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué),2013.

        [7] 馬 平,周曉寧,田 沛,等.基于COMSOL 電容層析成像[J].電測與儀表,2009,46(11):20-23.

        [8] 王化祥,楊五強.電容過程成像技術(shù)的進展[J].儀器儀表學(xué)報,2000,21(1):4 -11.

        猜你喜歡
        發(fā)動機系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無人機系統(tǒng)
        2015款寶馬525Li行駛中發(fā)動機熄火
        ZC系列無人機遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        2012年奔馳S600發(fā)動機故障燈偶爾點亮
        基于PowerPC+FPGA顯示系統(tǒng)
        半沸制皂系統(tǒng)(下)
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        新一代MTU2000發(fā)動機系列
        發(fā)動機的怠速停止技術(shù)i-stop
        人妻无码αv中文字幕久久琪琪布 美女视频黄的全免费视频网站 | 日韩中文字幕素人水野一区| 久久久久亚洲av成人网人人软件| 久久久久久伊人高潮影院| 国产精品一区二区av片| 日韩久久免费精品视频| 涩涩鲁精品亚洲一区二区| 精品久久久久久无码人妻蜜桃| 国产欧美日韩a片免费软件| 国产一线视频在线观看高清| 日本啪啪视频一区二区| 77777_亚洲午夜久久多人| 亚洲av无码日韩精品影片| 国产成人亚洲欧美三区综合| 久久国产精品色av免费看| 热re99久久精品国99热| 亚洲av成人一区二区三区在线观看| 人妻少妇看A偷人无码电影| 免费人妖一区二区三区| 99精品久久精品一区二区| 猫咪www免费人成网最新网站| 在线观看极品裸体淫片av| 中文字幕av熟女中文av| 久久精品国产亚洲av无码娇色| 99视频一区| 亚洲国产精品色一区二区 | 国产乱人伦av在线a麻豆| 国内精品久久久久久久久齐齐| av蜜桃视频在线观看| 中文字幕一区二区三区久久网| 天堂aⅴ无码一区二区三区| 欧美日韩中文字幕久久伊人| 国产丝袜长腿在线看片网站| 亚洲色欲久久久综合网东京热| 久久久久无码国产精品不卡| 亚洲区精品久久一区二区三区女同 | 国产普通话对白视频二区| 国产亚洲精品成人av在线| 可以免费看亚洲av的网站| 8ⅹ8x擦拨擦拨成人免费视频| 久久99亚洲综合精品首页|