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

        ?

        固體火箭發(fā)動機用高頻響壓力傳感器設(shè)計①

        2018-08-31 08:26:56鄧勇生趙中兵
        固體火箭技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:信號設(shè)計

        李 煒,鄧勇生,趙中兵

        (中國航天科技集團公司四院四十四所,西安 710025)

        0 引言

        隨著固體發(fā)動機的不斷發(fā)展,對發(fā)動機的壓力變化也提出了越來越高的要求,隨之帶來的是對壓力傳感器的頻率響應要求也越來越高?,F(xiàn)有的0~100 Hz、0~200 Hz頻率范圍的壓力傳感器在使用過程中存在某些壓力點值丟失現(xiàn)象,已難以滿足使用需求,目前越來越多的壓力傳感器要求其頻率響應超過1 kHz。同時對傳感器的頻帶范圍內(nèi)及頻帶外的2倍頻程范圍內(nèi)衰減值也提出了相應的要求,要求在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,頻帶外帶外衰減不小于35 dB/oct。國內(nèi)目前大多數(shù)的壓力傳感器設(shè)計時其頻率響應范圍均按照0~100 Hz、0~200 Hz進行設(shè)計,且對頻帶內(nèi)及頻帶外指標未做要求,故難以滿足要求。而國外同類型壓力傳感器雖然響應頻率可以達到1 kHz以上,但是頻帶內(nèi)及頻帶外指標則不能滿足。

        本文以硅壓阻壓力傳感器為基礎(chǔ),通過對傳感器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與改進,同時在傳感器電路設(shè)計中加入了時間連續(xù)型高階濾波器設(shè)計,提出并設(shè)計了一種頻率響應超過1 kHz,同時在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,頻帶外帶外衰減不小于35 dB/oct的壓力傳感器,該傳感器可參與到控制系統(tǒng)。

        1 傳感器組成及工作原理

        傳感器的組成見圖1,主要由壓力接口、敏感芯體、信號調(diào)理板、殼體、濾波板、上蓋、電連接器組成。其中敏感芯體是將壓力信號轉(zhuǎn)換為mV級的電壓信號,然后通過信號調(diào)理板將mV級的電壓信號進行調(diào)理放大至V級電壓信號;濾波板保證輸出的V級電壓信號在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,頻帶外帶外衰減不小于35 dB/oct,最后通過電連接器輸出;殼體、上蓋等將信號調(diào)理板、濾波板等封裝在傳感器內(nèi)部。

        傳感器工作原理框圖見圖2。

        敏感芯體是將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的關(guān)鍵部件,采用的是硅壓阻式測壓原理,主要由基體、波紋膜片及芯片組成,基體作為結(jié)構(gòu)體承受被測壓力,波紋膜片將被測壓力傳遞到芯片,芯片直接感應被測壓力。芯片是通過化學腐蝕方法在硅材料膜片上加工出惠斯通電橋,當受力后惠斯通電橋的橋臂電阻會隨著壓力的不同發(fā)生變化,給惠斯通電橋供電后,可通過測試相對橋臂電壓變化來反應壓力變化,最終將壓力信號以電信號的形式輸出[1-2]。

        惠斯通電橋的4個橋臂電阻分別記為R1、R2、R3、R4(R1、R3相對布置,R2、R4相對布置),其輸出電壓與激勵電壓的關(guān)系式[3-4]:

        (1)

        2 固體發(fā)動機用壓力傳感器技術(shù)難點

        固體發(fā)動機用壓力傳感器與前期普通的壓力傳感器相比,存在以下技術(shù)難點:

        (1)傳感器高頻響要求

        普通的壓力傳感器的設(shè)計頻響一般為0~100 Hz或者0~200 Hz,甚至更低,原因是傳感器的頻響不但與引壓結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,同時后端信號調(diào)理電路、濾波電路等也對傳感器的頻響有決定性影響。本傳感器要求的頻率響應范圍為不小于1 kHz,遠超過普通壓力傳感器的頻率響應范圍,是固體發(fā)動機用壓力傳感器的難點之一。

        (2)傳感器頻帶內(nèi)/外幅頻特性要求

        一般情況下壓力傳感器對頻帶內(nèi)/外幅頻特性均不作要求,而隨著固體發(fā)動機壓力傳感器參與控制,要求傳感器在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,頻帶外帶外衰減不小于35 dB/oct,這便對后端濾波電路提出了較高要求,同時由于后端濾波電路的Q值對電阻、電容等器件的實際值變化很敏感,而Q值直接影響濾波器的頻帶內(nèi)/外幅頻特性,因此也是設(shè)計難點之一。

        (3)傳感器高可靠性要求

        由于此類壓力傳感器會參與控制,因此要求傳感器具有高可靠性,而傳感器的可靠性影響因素來自各個方面,為了實現(xiàn)傳感器的高可靠性,則需要從設(shè)計、生產(chǎn)、測試、試驗等多個環(huán)節(jié)控制,同樣是固體發(fā)動機用壓力傳感器的難點之一。

        3 技術(shù)難點解決方案及驗證結(jié)果

        3.1 傳感器高頻響設(shè)計

        要滿足傳感器的頻響要求,需要從三方面進行設(shè)計:一是壓力敏感芯體需滿足頻響要求,二是傳感器電路需滿足頻響要求,三是傳感器的引壓結(jié)構(gòu)需要滿足頻響要求。若其中一個條件不滿足頻響要求,都會導致傳感器的頻響不滿足要求[5-6]。

        3.1.1 敏感芯體頻響設(shè)計

        敏感芯體采用的測壓原理為硅壓阻測量原理,此種測量原理的頻響可以達到10 kHz以上,同時該傳感器采用的測壓充油組件經(jīng)實測其頻響可以到達4 kHz以上,是可以滿足使用要求的。

        3.1.2 傳感器電路頻響設(shè)計

        傳感器電路包含三部分:穩(wěn)壓源電路、信號放大電路、時間連續(xù)型高階濾波電路。穩(wěn)壓源電路給敏感芯體提供工作電壓;信號放大電路將敏感芯體輸出的mV級信號放大為0~5 V的標準電壓信號,采用的是儀表放大器INA326EA,如圖3所示。INA326EA的頻響范圍大于1 kHz,在其信號輸入端不進行R/C濾波處理,以保證信號經(jīng)INA326EA放大后其頻響不小于1 kHz,同時在其輸出端采用R/C(圖中R4/C5)濾波設(shè)計,其頻響大于3.5 kHz;時間連續(xù)型高階濾波電路采用巴特沃茲八階低通濾波器,該濾波器通過一四運放OPA4277實現(xiàn)。

        巴特沃茲八階低通濾波器的特點是帶內(nèi)不平度小于1 dB,帶外衰減大于40 dB。時間連續(xù)型高階濾波電路的設(shè)計原理圖見圖4,通過調(diào)節(jié)圖4中的電阻R和電容C的值,即可實現(xiàn)對帶內(nèi)不平度和帶外衰減的調(diào)節(jié)[7-8]。

        對傳感器的頻響影響最大的是時間連續(xù)型高階濾波電路的頻響及信號放大電路的頻響,在對傳感器電路頻響設(shè)計時主要是通過對時間連續(xù)型高階濾波電路的頻響及信號放大電路的頻響兩方面進行設(shè)計。

        (1)信號放大電路頻響設(shè)計

        信號放大電路主要由INA326EA組成,通過INA326EA的數(shù)據(jù)手冊可以得出該信號放大電路的頻響大于1 kHz,因此也是可以滿足設(shè)計要求的,仿真圖見圖5。

        (2)時間連續(xù)型高階濾波電路的頻響設(shè)計

        時間連續(xù)型高階濾波電路采用八階低通有源濾波器,是由一個四運放OPA4277搭成的巴特沃茲濾波器,通過仿真可知該時間連續(xù)型高階低通濾波器的頻響范圍為0~1.1 kHz,滿足頻響要求,仿真圖見圖6。

        3.1.3 傳壓結(jié)構(gòu)頻響設(shè)計

        傳感器的傳壓結(jié)構(gòu)為一15 mm×φ4 mm的傳壓管,傳壓管的末端有一1.5 mm×φ13 mm的腔室,此種傳壓結(jié)構(gòu)的頻率響應數(shù)學模型為[9]

        式中f為傳壓結(jié)構(gòu)的頻響;L為傳壓管的長度;a為聲速;A為傳壓管橫截面積;V為傳壓管末端腔室的體積。

        將相關(guān)尺寸帶入上述數(shù)學模型,經(jīng)計算,此結(jié)構(gòu)的響應頻率約為3.38 kHz,大于要求的1 kHz的頻響要求,因此也滿足傳感器的頻響設(shè)計要求。

        3.1.4 頻響設(shè)計結(jié)論

        通過以上對各個部分的頻響進行設(shè)計分析,可以得出各個部分的頻率響應均大于1 kHz,滿足0~1 kHz的頻響要求。

        3.2 傳感器頻帶內(nèi)/外幅頻特性設(shè)計

        本傳感器要求在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,頻帶外帶外衰減不小于35 dB/oct,這一要求主要通過傳感器的電路來保證。經(jīng)分析,這一指標取決于時間連續(xù)型高階濾波器電路,在設(shè)計中時間連續(xù)型高階濾波器是通過一個四運放組成的巴特沃茲低通有源濾波器,其帶內(nèi)/外幅頻特性仿真結(jié)果見圖7~圖8,其帶內(nèi)不平度為-0.8 dB,2倍頻程帶外衰減為-37 dB,達到了設(shè)計要求。

        3.3 傳感器高可靠性設(shè)計

        為滿足高可靠性要求,傳感器在設(shè)計中需要從結(jié)構(gòu)、電路、調(diào)試、試驗各個方面加以考慮。傳感器結(jié)構(gòu)件及敏感芯體結(jié)構(gòu)強度均具有超過5倍的冗余設(shè)計,可靠性高;電路中由于濾波電路的Q值對電阻、電容等器件的實際值變化很敏感,而Q值直接影響濾波器頻帶內(nèi)/外幅頻特性,因此在設(shè)計中除了采取冗余設(shè)計外,在實際電路搭建過程中還要求通過仿真計算結(jié)合實測的方式來完成,具體為根據(jù)仿真計算及實測值的不同實時調(diào)整電阻、電容等器件的實際值,修正參數(shù),以此來提高傳感器的可靠性。圖9為后兩階電容值變化0.1 nF、電阻值變化15 Ω情況下其帶內(nèi)不平度的變化情況,因此調(diào)試、測試過程中的實時修正是非常必要的。

        通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、調(diào)試、試驗等多方面加以保證,使傳感器的可靠性大大提高。

        3.4 傳感器頻響測試結(jié)果

        傳感器整機頻響測試結(jié)果見表1。由表1可見,傳感器的頻響約為1.1 kHz,在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度約為0.93 dB,頻帶外2倍頻程的帶外衰減值為36.8 dB。

        表1 傳感器頻響測試結(jié)果

        3.5 改進前后測試結(jié)果對比

        傳感器整機改進前后試驗測試結(jié)果對比見表2,從表2中的測試結(jié)果可得出,在改進前傳感器存在壓力變化頻率超過1 kHz后,傳感器的測試結(jié)果中存在較為明顯的壓力信號失真,使壓力劇烈變化區(qū)間內(nèi)的某些壓力點值丟失,不能完全真實地將固體火箭發(fā)動機的工作壓力曲線反映出來。改進后,由于傳感器的頻響已超過了1 kHz,且在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不超過1 dB,因此其可將固體火箭發(fā)動機工作過程中壓力劇烈變化區(qū)間內(nèi)的壓力曲線準確反映出來,無壓力信號失真情況。

        隨著該壓力傳感器高頻響設(shè)計的完成,改進后的具有高頻響的固體火箭發(fā)動機用壓力傳感器已能夠較好滿足測試需要。

        表2 改進前后響測試結(jié)果對比

        4 結(jié)論

        (1)優(yōu)化傳感器傳壓結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用硅壓阻原理的高頻響敏感芯體、選用高增益帶寬積的儀表放大器,使傳感器頻率響應范圍提高至1 kHz以上。

        (2)設(shè)計時間連續(xù)型高階低通濾波電路,能夠保證傳感器在頻帶內(nèi)帶內(nèi)不平度不大于1 dB,帶外衰減不小于35 dB/oct,使其具有良好的幅頻特性。

        (3)在傳感器的實際電路搭建、測試過程中,根據(jù)仿真計算及實測值的不同實時調(diào)整電阻、電容等器件的實際值,修正參數(shù),保證帶內(nèi)/外幅頻特性,從而保證傳感器的高可靠性。

        (4)通過對壓力傳感器的傳壓結(jié)構(gòu)、敏感芯體、儀表放大器、時間連續(xù)型高階低通濾波電路的幅頻特性進行優(yōu)化,能夠保證壓力傳感器可以將固體火箭發(fā)動機工作過程中壓力劇烈變化區(qū)間內(nèi)的壓力曲線準確反映出來,不發(fā)生壓力信號的失真。結(jié)果表明,改進后的具有高頻響的固體火箭發(fā)動機用壓力傳感器能夠較好滿足固體火箭發(fā)動機的測壓需求。

        猜你喜歡
        信號設(shè)計
        信號
        鴨綠江(2021年35期)2021-04-19 12:24:18
        完形填空二則
        何為設(shè)計的守護之道?
        《豐收的喜悅展示設(shè)計》
        流行色(2020年1期)2020-04-28 11:16:38
        孩子停止長個的信號
        瞞天過海——仿生設(shè)計萌到家
        設(shè)計秀
        海峽姐妹(2017年7期)2017-07-31 19:08:17
        有種設(shè)計叫而專
        Coco薇(2017年5期)2017-06-05 08:53:16
        基于LabVIEW的力加載信號采集與PID控制
        一種基于極大似然估計的信號盲抽取算法
        国产精品日韩av一区二区| 人禽交 欧美 网站| 少妇高清精品毛片在线视频| 一个人在线观看免费视频www| 国产精品国产三级农村妇女| 日本免费一区二区三区在线看| 久久亚洲精品成人综合| 亚洲国产av中文字幕| 国产精品高清视亚洲一区二区| 日本精品视频二区三区| 久久青青草原亚洲av无码麻豆| 精品亚洲成a人7777在线观看| 亚洲AV成人无码久久精品老人| 女女同性黄网在线观看| 好看的国内自拍三级网站| 中文字幕在线乱码亚洲| 午夜天堂av天堂久久久| 欧美另类人妖| 亚洲熟女乱色一区二区三区| 国产婷婷丁香久久综合| 熟女丝袜美腿亚洲一区二区三区| 黄片小视频免费观看完整版| 国产成人精品无码一区二区老年人| 台湾佬娱乐中文22vvvv| 无码超乳爆乳中文字幕| 亚洲国产免费一区二区| 国产成人久久精品一区二区三区 | 亚洲一区爱区精品无码| 色欲AV无码久久精品有码| 亚洲精品二区三区在线观看| av毛片亚洲高清一区二区| 亚洲av成人无遮挡网站在线观看| 无码专区久久综合久中文字幕| 国产一级r片内射免费视频| 日本免费一区二区三区影院| 国产精品无码一区二区在线观一| 免费观看性欧美大片无片| 亚洲成在人线电影天堂色| 国产一区二区熟女精品免费| 少妇熟女天堂网av| 91高清国产经典在线观看|