【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非介入式压力检测，尤其涉及一种飞机液压管路超声压力测量系统及动态补偿方法。
技术介绍
1、超声波在介质中的传播速度与介质密度和弹性模量有关，由于压力发生变化而导致体积弹性模量k、压强p和密度ρ都发生变化，最终导致液体中的超声波传播速度发生变化。温度变化必然引起声速变化，进而一步影响超声波测量流量的结果，因此必须对超声波流量测量进行温度补偿。
2、当前技术下，非介入式超声管道液体压力的补偿方法是利用温度传感器测得管壁表面温度，然后再对测出的超声渡越时间进行补偿，最终建立超声声速-压力的对应关系，通过测得的声速反算出管道内液体压力值。现有的超声测量补偿方法是建立在声速-温度、声速-压力是线性关系的基础上进行相关换算与补偿，如公开号为“cn112915452a”，专利名称为“基于多超声信号时延积累的非介入式消火栓水压检测方法”的专利。这种方法提到通过管壁温度和环境温度对超声波声速进行补偿，但提到的都是温度静态补偿。再如专利cn116718307a公开了一种非介入式超声测量管路液体压力的补偿方法及系统，该专利一般比较适用于大管径管路，其补偿过程无动态实时修正，测量等待时间较长，不适用于飞机液压管路压力测量。
3、在航空液压管路领域中，存在压力突变的场景，当压力增大，管路里的液体温度升高，当压力减小，管路的液体温度降低。这牵扯到温度热能和压力势能两种能量之间的转换，而温度又不能随着压力发生突变，所以这就会导致现有的温度补偿方法在压力突变的几分钟内压力测量产生较大的偏差。
技
1、专利技术目的：针对目前现有管路压力测量技术中存在的问题，本专利技术设计了一种飞机液压管路超声压力测量系统及动态补偿方法，能够使系统测量效率高、测量更准确、能够响应快速突变压力。
2、技术方案：本专利技术具体提出了一种飞机液压管路超声压力测量系统，所述测量系统包括：控制模块、发送模块、接收模块、数据处理模块、第一超声换能器、第二超声换能器、温度传感器；
3、所述控制模块产生超声驱动信号互补pwm波，并通过发送模块驱动放大第一超声换能器发射超声信号，控制模块同步发送信号至数据处理模块tdc进行计时，第二超声换能器采集的超声波信号经接收模块转换为电信号发送至控制模块，
4、所述控制模块还对dsp处理后的信号与数据处理模块时间进行算法融合处理，并通过人机交互模块进行显示；
5、所述数据处理模块将不同温度下、不同压力下的渡越时间值δt，组成一个三维阵列；通过双线性插值法，在任意温度与渡越时间下，求解出静态压力p静；
6、所述温度传感器实时采集温度信号并转换为电信号传输至控制模块。
7、进一步地，数据处理模块将测量的两组时间值分别进行中值滤波，同时将使测得的温度值同样使用中值滤波进行滤波处理；通过卡尔曼融合算法两个时间值融合得到最终的超声传播时间。读取系统校准数据表中保存的传播时间和温度对应的压力值数据，通过使用双线性插值法，将测得温度和时间值换算成最终的管道液体压力值。
8、进一步地，所述数据处理模块包括模拟前端、数字tdc、运算器(alu)；数字tdc是以精密计数器和粗值计数器组成，主要负责信号的转换和传递到数字tdc，具体地，数字tdc是以精密计数器和粗值计数器组成，负责将前端有效信号转换为单位时间，运算器是将数字tdc存储的单位时间校准为基准时钟相关的标准时间，并存储到相应结果寄存器；
9、精密计数器的测量精度可达15ps，最小分辨率达3.8ps(1lsb)，精密计数器计数范围是0～2us；而粗值计数器计数范围是500ns～4ms@4mhz，tdc的高速单元并不测量整个时间间隔，仅仅测量从start或stop信号到相邻的基准时钟上升沿之间的间隔时间(精密计数器)。在两次精密测量之间，tdc记下基准时钟的周期数(粗值计数器)。所以时间测量结果是精密测量值和粗略测量值的总和。数字tdc具有8次stop采样能力，但每个stop间隔不小于2×tref。
10、运算器(alu)的功能是将数字tdc计数的值进行处理，主要将数字tdc的数值进行校准，将校准的值保存到相应的结果寄存器寄状态寄存器，另外还将预期的stop信号总和进行累加并将累加值存入相应结果寄存器。
11、模拟前端单元主要负责信号的转换和传递到数字tdc，模拟前端是由精密比较器、可编程偏置电压发生器、第一波处理器、高速开关组成；模拟前端可采用数字信号和模拟信号。
12、本专利技术另一方面还提出了一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，采用如上设计的测量系统，构建测量模型，将两个超声波换能器在管道两侧，一个超声换能器进行信号发射，一个超声换能器进行信号接收，对发射到接收信号进行处理，解算出超声传播时间；
13、通过测量多组指定温度下、指定压力下的时间值，组成一个三维网格阵列；通过双线性插值法，测量管道的温度值和渡越时间值，以计算出管道内得压力值。
14、进一步地，具体包含以下步骤：
15、步骤一：采集不同温度下、不同压力下的渡越时间值δt，组成一个三维阵列；通过双线性插值法，在任意温度与渡越时间下，求解静态压力p静；
16、具体地，管路连接标准压力发生器，量程为0～25mpa，并将管路放置在温箱中，将温箱温度在0℃～60℃范围内，每隔5℃设置为一个温度点，每个温度设定完成后需等待2小时让管道温度稳定才能进行下一步操作。在每个温度点下，将管道压力分别分别加压至0mpa、1mpa、5mpa，10mpa、15mpa、20mpa、25mpa，每个压力点需等待至温度和压力都恒定，采集超声波渡越时间值δt。
17、步骤二：计算压力与温度的转换系数r；让管路内充满液压油，封闭管路，管路连接压力变送器，一起放入温箱中，将温箱温度在0℃～60℃范围内，每隔5℃设置为一个温度点，每个温度设定完成后需等待2小时让管道温度稳定，读取每个温度点下的压力值pn；根据记录的多组压力点和温度点，计算出一组系数rn，取其平均值作为最终系数r。
18、步骤三：采集压力衰减数据，计算指数衰减系数k；将管道连接压力源放入温箱，设定任意温度点，等待2小时待温度稳定。将管道压力加压至δp加压力点附近，关闭截止阀(即不进行压力补偿控制)，记录压力5分钟内压力随时间的变换曲线。
19、设δp衰为开始记录到结束记录的压力差值，通过多次实验总结：δp衰＝α*δp加，其中α为比例系数，压力变换δp，则有α*δp压力势能转换为温度内能，α在0～1之间。
20、由公式：δp＝δt×r，可得δt＝δp衰/r，即压力的衰减曲线可由温度的衰减曲线表示，即：δp(t)＝δp衰/re-kt，结合压力变换曲线数据，通过最小二乘法对数据进行拟合，可得出衰减系数k值。
21、步骤四：根据当前测量的渡越时间δt和温度t实时计算管道内液体压力值p，公式如下：
22、
23、采用温度声速系数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：控制模块、发送模块、接收模块、数据处理模块、第一超声换能器、第二超声换能器、温度传感器；
2.如权利要求1所述的一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，数据处理模块将测量的两组时间值分别进行中值滤波，同时将使测得的温度值同样使用中值滤波进行滤波处理；通过卡尔曼融合算法两个时间值融合得到最终的超声传播时间；读取系统校准数据表中保存的传播时间和温度对应的压力值数据，通过使用双线性插值法，将测得温度和时间值换算成最终的管道液体压力值。
3.如权利要求1所述的一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模拟前端单元、数字TDC、运算器；数字TDC是以精密计数器和粗值计数器组成，负责将前端有效信号转换为单位时间并传递到数字TDC，运算器是将数字TDC存储的单位时间校准为基准时钟相关的标准时间，并存储到相应结果寄存器；
4.一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，采用如权利要求1～3所述的测量系统，其特征在于，构建测量模型，将两个超声波换能器在管道两侧，一个超
5.如权利要求4所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤一，采集求解过程为：管路连接标准压力发生器，量程为0～25MPa，并将管路放置在温箱中，将温箱温度在0℃～60℃范围内，每隔5℃设置为一个温度点，每个温度设定完成后需等待2小时让管道温度稳定才能进行下一步操作；在每个温度点下，将管道压力分别分别加压至0MPa、1MPa、5MPa，10MPa、15MPa、20MPa、25MPa，每个压力点需等待至温度和压力都恒定，采集超声波渡越时间值Δt。
7.如权利要求6所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤二中，让管路内充满液压油，封闭管路，管路连接压力变送器，一起放入温箱中，将温箱温度在0℃～60℃范围内，每隔5℃设置为一个温度点，每个温度设定完成后需等待2小时让管道温度稳定，读取每个温度点下的压力值Pn；根据记录的多组压力点和温度点，计算出一组系数rn，取其平均值作为最终系数r。
8.如权利要求7所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤三中，将管道连接压力源放入温箱，设定任意温度点，等待2小时待温度稳定；将管道压力加压至ΔP加压力点附近，关闭截止阀，不进行压力补偿控制，记录压力5分钟内压力随时间的变换曲线；
9.如权利要求8所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤三中，衰减系数k求解过程如下：
10.如权利要求8所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤四中，管道内液体压力值P求解公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：控制模块、发送模块、接收模块、数据处理模块、第一超声换能器、第二超声换能器、温度传感器；
2.如权利要求1所述的一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，数据处理模块将测量的两组时间值分别进行中值滤波，同时将使测得的温度值同样使用中值滤波进行滤波处理；通过卡尔曼融合算法两个时间值融合得到最终的超声传播时间；读取系统校准数据表中保存的传播时间和温度对应的压力值数据，通过使用双线性插值法，将测得温度和时间值换算成最终的管道液体压力值。
3.如权利要求1所述的一种飞机液压管路超声压力测量系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模拟前端单元、数字tdc、运算器；数字tdc是以精密计数器和粗值计数器组成，负责将前端有效信号转换为单位时间并传递到数字tdc，运算器是将数字tdc存储的单位时间校准为基准时钟相关的标准时间，并存储到相应结果寄存器；
4.一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，采用如权利要求1～3所述的测量系统，其特征在于，构建测量模型，将两个超声波换能器在管道两侧，一个超声换能器进行信号发射，一个超声换能器进行信号接收，对发射到接收信号进行处理，解算出超声传播时间；
5.如权利要求4所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种飞机液压管路超声压力动态补偿测量方法，其特征在于，步骤一...
【专利技术属性】
技术研发人员：周振锋，宋伟山，王旺，
申请(专利权)人：中航工业南京伺服控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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