Способ и система для обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик
Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: по меньшей мере один вывод (B1, B2) датчика (10, 110) соединен с резистором (21, 22, 121) смещения. Подают на по меньшей мере один резистор (21, 22, 121) смещения по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения, имеющее по меньшей мере одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения резистора. Измеряют результирующее дифференциальное напряжение на выводах датчика. В зависимости от по меньшей мере одной характеристики измеренного дифференциального напряжения, соответствующей предварительно заданной характеристике проверочных напряжений смещения, определяют присутствие короткого замыкания. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Уровень техники изобретения
В целом изобретение относится к области датчиков, таких как, например, датчики для восприятия температуры, давления, движения и т.д.
Более конкретно изобретение относится к обнаружению короткого замыкания, влияющего на датчик, в цепи сбора.
Предпочтительное, но не накладывающее ограничений применение изобретения, таким образом, находится в области авиации, в которой используются многочисленные датчики (например, на борту самолета).
В предшествующем уровне техники существуют методики для обнаружения того, что простой резистивный датчик подвергается влиянию короткого замыкания по отношению к известному электрическому потенциалу, такому как, например, короткое замыкание по отношению к заземлению или к напряжению источника питания. В датчиках такого типа короткое замыкание по отношению к заземлению или к напряжению источника питания приводит к тому, что сопротивление датчика измеряется как нулевое.
Примерная реализация такой методики описывается в документе US 2006/0036381. В этом документе присутствие короткого замыкания, влияющего на резистивный датчик, определяется в зависимости от отношения суммы напряжений на выводах датчика к напряжению источника питания датчика.
Такие методики позволяют преимущественно улучшить измерения, выполненные с использованием таких простых резистивных датчиков, таких как резистивные датчики температуры, в частности, тем самым повышая надежность таких датчиков.
Тем не менее, для датчиков, которые являются более сложными, такими как датчики, имеющие тензометрические мосты, индуктивные датчики или емкостные датчики, невозможно применять такие методики обнаружения.
Поэтому существует потребность в простом механизме для обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик, в цепи сбора, методика которого будет подходящей для применения к большему разнообразию датчиков.
Задача и сущность изобретения
Настоящее изобретение удовлетворяет данную потребность посредством предложения способа обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик, причем, по меньшей мере, один вывод датчика соединен с резистором смещения, при этом способ заключается в этапах, на которых:
подают на, по меньшей мере, один резистор смещения, по меньшей мере, одно проверочное напряжение смещения, имеющее, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения резистора;
измеряют результирующее дифференциальное напряжение на выводах датчика; и
в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики измеренного дифференциального напряжения, соответствующей предварительно заданной характеристике проверочных напряжений смещения, определяют, представляет ли датчик присутствие короткого замыкания.
Изобретение позволяет обнаружить короткое замыкание, влияющее на датчик, посредством изменения напряжений смещения резисторов смещения, традиционным образом соединенных с датчиком (такие резисторы смещения также известны как «нагрузочные» резисторы), например посредством использования цифроаналогового преобразователя, которым управляет цифровое ядро электронной системы.
Данное изменение выполняется посредством подачи проверочного напряжения смещения на резистор смещения, причем проверочное напряжение смещения имеет, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения резистора. Термин «номинальное напряжение смещения» используется в данном документе для обозначения напряжения смещения, которое обычно подается на резистор смещения для того, чтобы гарантировать «нормальное» функционирование датчика.
Могут использоваться различные характеристики, чтобы отличить проверочное напряжение смещения, которое подается на резистор смещения, от его номинального напряжения. Таким образом, природа поданного сигнала может быть различной: например, номинальное напряжение смещения может соответствовать сигналу постоянного тока (DC), в то время как проверочное напряжение смещения включает в себя составляющую сигнала переменного тока (AC) на предварительно определенной частоте. В одном варианте проверочное напряжение смещения может отличаться от номинального напряжения смещения на значения некоторого из своих параметров, такого как амплитуда.
Таким образом, посредством ввода соответствующего проверочного напряжения смещения на резисторы смещения, изобретение позволяет отличать отказы по типу короткого замыкания датчика от других конфигураций, которые приводят к нулевым дифференциальным напряжениям на выводах датчика. Изобретение, таким образом, преимущественно позволяет обнаруживать короткое замыкание, влияющее на различные типы датчиков, таких как, в частности, резистивные датчики, а также датчики, которые являются более сложными, такие как индуктивные датчики (например, датчики линейно-регулируемого дифференциального трансформатора (LVDT), резольверы или датчики фонического колеса), емкостные датчики, датчики тензометрического моста, термопарные датчики и т.д.
Кроме того, возможно обнаруживать короткие замыкания различных типов, в частности короткие замыкания по отношению к механическому заземлению (и, таким образом, к электрическому потенциалу, который может быть неизвестным), а также короткие замыкания, которые называются «дифференциальными» короткими замыканиями (то есть между двумя электрическими проводами датчика).
Более точно, в конкретном варианте осуществления изобретения определяется, что датчик представляет присутствие короткого замыкания, если характеристика измеренного дифференциального напряжения отличается от соответствующей характеристики, ожидаемой для дифференциального напряжения, измеренного на выводах датчика, когда датчик не представляет присутствие короткого замыкания.
Следует обратить внимание на то, что термин «дифференциальное напряжение на выводах датчика» используется в данном документе для обозначения разности потенциалов, которая существует между двумя выводами датчика. С целью упрощения та же самая терминология также используется, когда один из выводов датчика соединен с заземлением.
В первом варианте осуществления изобретения:
каждый вывод датчика соединен с резистором смещения;
для того чтобы подать проверочное напряжение смещения на каждый резистор, сигнал переменного тока на предварительно определенной частоте, отличающейся от рабочей частоты датчика, подается на упомянутые два резистора смещения; и
определяется, что датчик представляет присутствие короткого замыкания, если результирующее дифференциальное напряжение включает в себя переменную составляющую тока на упомянутой предварительно определенной частоте.
Преимущественно, данный первый вариант позволяет обнаруживать короткое замыкание по отношению к механическому заземлению, влияющему на рассматриваемый датчик. Требуется только одно измерение дифференциального напряжения, при этом измерение может быть сделано, например, посредством использования цепи сбора датчика. Данный первый вариант, таким образом, применяется к датчикам, которые, как говорится, «плавают» относительно заземления, то есть в которых синфазный режим не прикладывается посредством возбуждения или посредством некоторого другого устройства и на которые поэтому возможно воздействовать.
В данном первом варианте частота, на которой подается сигнал переменного тока, может преимущественно быть определена в зависимости от характеристик резисторов смещения и ограничений цепи сбора, в частности так, чтобы было возможно измерить дифференциальное напряжение посредством цепи сбора.
Во втором варианте изобретения способ обнаружения короткого замыкания также заключается в этапе, на котором измеряют номинальное дифференциальное напряжение на выводах датчика, когда на резисторы смещения подается номинальное напряжение смещения. Кроме того, определяют, что датчик представляет присутствие короткого замыкания, если результирующее дифференциальное напряжение, измеренное после подачи проверочных напряжений смещения, по существу является равным номинальному дифференциальному напряжению.
Данный второй вариант позволяет обнаруживать короткое замыкание дифференциального типа, влияющего на датчик.
В данном втором варианте для того, чтобы подать проверочное напряжение смещения, можно, в частности, подавать сигнал постоянного тока на каждый резистор. В качестве примера, сигнал постоянного тока может иметь амплитуду, отличающуюся от амплитуды номинального напряжения смещения резистора.
Для того чтобы подать проверочное напряжение смещения, также можно подавать сигнал переменного тока на предварительно определенной частоте, отличающейся от рабочей частоты датчика, на каждый резистор.
Когда каждый вывод датчика соединен с резистором смещения, сигналы переменного тока, поданные на резисторы, могут, в частности, быть синусоидальными сигналами в противофазе.
Использование синусоидальных сигналов переменного тока в противофазе представляет преимущество более легкого обнаружения короткого замыкания.
Изобретение также предоставляет систему для обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик, причем, по меньшей мере, один вывод датчика соединен с резистором смещения, при этом система содержит:
средство для подачи, на, по меньшей мере, один резистор смещения проверочного напряжения смещения, имеющего, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, отличающуюся от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения упомянутого резистора;
средство для измерения результирующего дифференциального напряжения на выводах датчика; и
средство для определения, в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики измеренного дифференциального напряжения, соответствующей предварительно заданной характеристике проверочных напряжений смещения, представляет ли датчик присутствие короткого замыкания.
В частном варианте осуществления изобретения средство для подачи проверочных напряжений смещения содержит цифроаналоговый преобразователь.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания, составленного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны варианты осуществления, не носящие ограничивающий характер. На фигурах:
На Фигуре 1 показан частный вариант осуществления дифференциального режима системы обнаружения в соответствии с изобретением, при этом система показана в своем окружении;
На Фигурах 2A и 2B показано примерное применение системы обнаружения, показанной на Фигуре 1, для обнаружения дифференциального короткого замыкания, влияющего на датчик;
На Фигуре 3 показаны основные этапы способа в соответствии с изобретением для обнаружения короткого замыкания, выполняемого системой, показанной на Фигурах 2A и 2B;
На Фигуре 4 показано примерное применение системы обнаружения, показанной на Фигуре 1, для обнаружения короткого замыкания по отношению к механическому заземлению, влияющего на датчик;
На Фигуре 5 показаны основные этапы способа в соответствии с изобретением для обнаружения короткого замыкания, выполняемого системой, показанной на Фигуре 4; и
На Фигуре 6 показан частный вариант осуществления синфазного режима системы обнаружения в соответствии с изобретением.
Подробное описание осуществления изобретения
На Фигуре 1 показан частный вариант осуществления системы 1 обнаружения короткого замыкания в соответствии с изобретением, при этом система показана в своем окружении.
В данном варианте осуществления следует определить, влияет ли короткое замыкание на датчик 10 в цепи C1 сбора в дифференциальном режиме. Тем не менее, изобретение применяется одинаково хорошо к цепи сбора в синфазном режиме, как описано ниже со ссылкой на Фигуру 6.
В качестве примера, датчик 10 является индуктивным датчиком для обнаружения положения или движения, содержащим, по меньшей мере, один резистивный элемент 11, характеризуемый своим сопротивлением R1, и индуктивный элемент 12, характеризуемый своей индуктивностью L1. Значения R1 и L1 могут быть измерены в течение предшествующего этапа калибровки датчика.
В описании ниже, минимальные значения для R1 и L1 записаны как R1min и L1min. Эти значения зависят от рассматриваемого датчика, и они предоставляются производителем.
Естественно, данные предположения не накладывают ограничений, равновозможным образом датчик 10 может быть резистивным датчиком или емкостным датчиком, служащим для измерения других параметров, таких как температура, давление, скорость и т.д.
Выводы B1 и B2 датчика 10 соединены соответственно с двумя резисторами 21 и 22 «смещения», известными специалисту в уровне техники. Резистор 21 смещения соединен с уровнем высокого потенциала и соответствует «нагрузочному» резистору, в то время как резистор 22 смещения соединен с уровнем низкого потенциала и соответствует «согласующему» резистору.
В настоящем описываемом примере резисторы 21 и 22 смещения являются идентичными и оба имеют сопротивление R2. В описании ниже, минимальное значение сопротивления R2 записано как R2min. Термин Vmax используется для обозначения максимального напряжения смещения, которое может быть подано на резисторы 21 и 22 смещения, не повреждая датчик 10. Значения R2min и Vmax зависят от рассматриваемых резисторов смещения и от датчика 10, и они известны производителю.
В одном варианте можно рассмотреть использование резисторов смещения, имеющих различные сопротивления и характерные выдерживаемые разные максимальные и минимальные напряжения смещения. Естественно, при таких обстоятельствах, специалисту в уровне техники известно, как адаптировать вычисления, описанные ниже.
В описании ниже следует понимать, что в целях упрощения используется одно и то же обозначение для указания напряжения переменного тока и для указания напряжения постоянного тока, в зависимости от обстоятельств.
Резисторы 21 и 22 смещения соединены с соответствующими цифроаналоговыми преобразователями 31 и 32, подходящими для изменения своих соответствующих напряжений смещения. Управление самими цифроаналоговыми преобразователями с 31 по 32 осуществляется цифровым ядром 40.
Цепь C1 сбора датчика 10 также составляют, известным образом, фильтр 51 в синфазном режиме или дифференциальном режиме, за которым следует усилитель 52, служащий для повышения отношения сигнал-шум измеряемого сигнала, доставляемого датчиком 10. Элементы, составляющие цепь сбора, и принципы действия, на которых они функционируют, известны специалисту в уровне техники и не описываются более подробно в данном документе.
Со ссылкой на Фигуры 2A, 2B и 3 следует описание первого примера использования системы 1, показанной на Фигуре 1, с целью обнаружения, влияет ли дифференциальное короткое замыкание на датчик 10. Термин «дифференциальное короткое замыкание» используется в данном документе для обозначения короткого замыкания, которое присутствует между двумя электрическими проводами датчика.
Со ссылкой на Фигуру 2A предполагается, что первое измерение V1 дифференциального напряжения на выводах индуктивного датчика 10 дает значение, которое является близким к 0 вольтам (этап E10), при этом первое измерение проводится в то время, как резисторы 21 и 22 смещения соответственно соединены с номинальными напряжениями Vnom_h и Vnom_l смещения.
Данное первое измерение V1 составляет номинальное дифференциальное напряжение в понимании изобретения. Измерение проводится с использованием цепи C1 сбора системы 1 по известной методике, которая не описывается в данном документе.
Номинальные напряжения Vnom_h и Vnom_l являются напряжениями постоянного тока. Они подаются на резисторы 21 и 22 смещения через цифроаналоговые преобразователи 31 и 32 соответственно, причем данными преобразователями управляет цифровое ядро 40.
Данные номинальные напряжения представляют собой напряжения, которые обычно подаются на выводы резисторов смещения с целью гарантии нормального функционирования датчика 10. Известным образом они зависят от характеристик датчика 10, и они легко определяются специалистом в уровне техники.
После обнаружения нулевого первого дифференциального измерения V1 на выводах датчика, соответствующие проверочные напряжения смещения Vtest_h и Vtest_l подаются на выводы резисторов 21 и 22 смещения через преобразователи 31 и 32 (этап E20). В соответствии с изобретением напряжения Vtest_h и Vtest_l имеют, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинальных напряжений Vnom_h и Vnom_l.
Цель подачи проверочных напряжений Vtest_h и Vtest_l смещения на резисторы 21 и 22 смещения состоит в том, чтобы позволить определить, существует ли короткое замыкание на выводах датчика 10 посредством проведения второго измерения V2 результирующего дифференциального напряжения на выводах датчика. Более точно, в настоящем описываемом примере, если вышеупомянутая предварительно заданная характеристика дифференциального напряжения V2 отличается от соответствующей характеристики, ожидаемой для дифференциального напряжения, измеряемого на выводах датчика 10, когда он не представляет присутствия короткого замыкания, тогда определяется, что датчик 10 подвергается влиянию короткого замыкания.
Известным образом резисторы 21 и 22 смещения не предназначены, в принципе, для нарушения функционирования датчика 10, включая случай изменения одной или более характеристик своих напряжений смещения. Кроме того, преимущественно в изобретении для того, чтобы идентифицировать, существует ли дифференциальное короткое замыкание, проверочным напряжениям Vtest_h и Vtest_l должны быть приданы величины таким образом, чтобы выгодно использовать дефект в резисторах 21 и 22 смещения.
Такой дефект служит для получения второго дифференциального измерения V2, которое идентично первому дифференциальному измерению V1, когда существует дифференциальное короткое замыкание, влияющее на датчик 10, или измерения V2, которое является фактически ему идентичным (то есть находящемуся внутри пороговой величины ε>0).
Наоборот, если обнаруживается разность между первым дифференциальным измерением V1 и вторым дифференциальным измерением V2, то это означает, что даже при том, что было измерено нулевое значение для дифференциального напряжения V1, датчик 10 функционирует нормальным образом, то есть он не представляет присутствие дифференциального короткого замыкания.
Предусмотрены два сценария для придания величины напряжениям Vtest_l и Vtest_h в зависимости от значения минимального полного сопротивления постоянному току датчика 10, другими словами R1min.
Сценарий 1: Полное сопротивление постоянному току датчика 10 удовлетворяет следующему неравенству:
в котором Vacq_min обозначает значение минимального напряжения постоянного тока, которое может быть измерено цепью C1 сбора, а Vmax обозначает максимальное напряжение смещения постоянного тока, которое может быть подано на резисторы 11 и 12 смещения. Данные значения определяются предварительно и являются известными.
В первом сценарии полное сопротивление постоянному току датчика 10 (то есть R1) является достаточно большим, чтобы гарантировать, что, когда сигналы постоянного тока с амплитудами, большими амплитуд номинальных напряжений Vnom_l и Vnom_h, подаются в качестве проверочных напряжений Vtest_l и Vtest_h смещения, можно использовать цепь C1 сбора для обнаружения разности между измерениями V1 и V2, когда датчик 10 функционирует обычным образом.
Таким образом, в данном первом сценарии предварительно заданная характеристика проверочного напряжения смещения, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения в понимании изобретения, является амплитудой.
Для амплитуд проверочных напряжений смещения предпочтительно выбирать амплитуды, которые являются близкими к максимальным значениям Vmax для напряжений смещения резисторов 21 и 22 смещения, которые может выдержать датчик 10, не повреждаясь и не разрушаясь.
Разность между измерениями V1 и V2 не должна обязательно быть очень большой для того, чтобы представлять обычное функционирование датчика 10. Даже небольшая разница достаточна при условии, что она больше минимального напряжения Vacq_min, которое может быть измерено цепью C1 сбора. Другими словами, при заданном неравенстве (1), если:
тогда считается, что датчик 10 функционирует обычным образом.
Посредством числового примера, для датчика по типу тензометрического датчика, имеющего полное сопротивление R1min в 2 кОм (kΩ), и в соответствии со следующими предположениями:
Vacq_min=20 милливольт (mV)
R2min=1 мегаом (MΩ); и
Vmax=20 вольт (V)
разность напряжений (V2-V1), которая больше приблизительно 40 mV, представляет обычное функционирование датчика.
Следует обратить внимание, что разность V2-V1 зависит от минимального полного сопротивления датчика и от максимального полного сопротивления, которое считается симптоматическим для короткого замыкания.
В качестве примера, тензометрические датчики, которые в целом представляют полное сопротивление постоянному току, которое больше относительно полных сопротивлений обычно используемых резисторов смещения, попадают под данный первый сценарий.
Сценарий 2: когда полное сопротивление постоянному току датчика 10 не удовлетворяет неравенству (1), с сигналами постоянного тока для проверочных напряжений Vtest_l и Vtest_h смещения невозможно использовать цепь C1 сбора для того, чтобы обнаружить даже малую разницу между измерениями V1 и V2, когда датчик 10 функционирует обычным образом. В качестве примера, датчики фонического колеса или резольвера в целом попадают под данный второй сценарий.
При таких обстоятельствах, для того чтобы подать проверочные напряжения смещения Vtest_1 и Vtest_h, номинальные напряжения Vnom_l и Vnom_h постоянного тока имеют синусоидальные сигналы S1 и S1' напряжения переменного тока, накладываемые на них в противофазе и на предварительно определенной частоте f1, которая отличается от рабочей частоты f0 датчика 10. В качестве примера, сигналы S1 и S1' могут иметь следующую форму:
S1(f1)=Vmax cos(2πf1t)
и
S1'(f1)=Vmax cos(2πf1t+π)
Можно обратить внимание на то, что другие типы сигналов могут быть наложены на номинальные напряжения, такие как, например, прямоугольные сигналы или сигналы треугольной формы.
Термин «рабочая частота» f0 датчика используется в данном документе для обозначения частоты, на которой датчик обычно функционирует, причем данная частота предварительно задается и указывается производителем датчика.
Таким образом, в данном втором сценарии, предварительно заданная характеристика проверочного напряжения смещения, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения, в понимании изобретения является природой сигнала и, более точно, его переменной составляющей тока.
Частота f1 выбирается так, чтобы получить минимальное эквивалентное полное сопротивление Z1eq датчика 10, которое является достаточно большим, чтобы позволить цепи C1 сбора обнаружить разность, даже если она мала, между измерениями V1 и V2, в то время как датчик 10 функционирует нормальным образом. С этой целью, в данном примере, выбирается такая частота f1, которая находится между (предварительно определенной) максимальной частотой, которая является приемлемой для цепи C1 сбора, записана как fmax, и минимальной частотой fmin, которая вычисляется следующим образом:
где
при этом рассматриваемые напряжения в уравнениях (2) и (3) являются амплитудами напряжений переменного тока.
В одном варианте можно использовать значения R1 и L1 в уравнении (2) вместо значений R1min и L1min для того, чтобы получить более точную оценку для частоты fmin. Как упомянуто выше, эти значения могут быть определены в течение этапа калибровки датчика 10 известным специалисту в уровне техники образом.
После того как соответствующие напряжения Vtest_h и Vtest_l поданы на резисторы 21 и 22 смещения, цепь сбора C1 используется для проведения второго измерения V2 результирующего дифференциального напряжения на выводах датчика 10 (этап E30).
Данное второе измерение V2 затем сравнивается с номинальным первым дифференциальным измерением V1, например, посредством цифрового ядра (этап E40).
Если, в течение данного сравнения, определяется, что номинальное и результирующие напряжения V1 и V2 по существу равны, другими словами что они являются нулевыми или фактически нулевыми, тогда делается вывод о том, что дифференциальное короткое замыкание влияет на датчик 10 (этап E50).
Другими словами, это означает:
для датчиков в первом предусмотренном выше сценарии: измеренная амплитуда дифференциального напряжения V2 отличается от амплитуды, ожидаемой на выводах датчика при отсутствии короткого замыкания (амплитуда, отличающаяся от амплитуды V1, должна ожидаться в течение нормального функционирования датчика, то есть при отсутствии короткого замыкания); и
для датчиков в предусмотренном выше втором сценарии: дифференциальное напряжение V2 не включает в себя составляющую на частоте f1, в отличие от дифференциального напряжения, которое следовало бы измерить на выводах датчика, если бы он не подвергался влиянию короткого замыкания.
Наоборот, если в течение данного сравнения обнаруживается, что номинальное и результирующее напряжения V1 и V2 не равны (внутри пороговой величины ε), тогда делается вывод о том, что датчик 10 функционирует нормальным образом, когда дифференциальное напряжение V1 измеряется на его выводах, другими словами что он не подвергается влиянию дифференциального короткого замыкания (этап E60).
В данном первом примерном использовании системы 1 неравенства (1), (2) и (3) выведены для датчика, который является индуктивным. Тем не менее, изобретение не ограничивается датчиком данного типа и одинаково применимо к датчикам, которые являются резистивными или емкостными.
Следует также обратить внимание на то, что неравенства (1), (2) и (3) одинаково действительны для резистивного датчика. Специалисту в уровне техники не составит труда адаптировать данные неравенства для емкостного датчика.
Со ссылкой на Фигуры 4 и 5 следует описание второго примера использования системы 1, показанной на Фигуре 1, для обнаружения, влияет ли короткое замыкание по отношению к механическому заземлению на датчик 10. Термин «короткое замыкание по отношению к механическому заземлению» используется в данном документе для обозначения короткого замыкания, влияющего на один из проводов датчика 10, который соединен с неизвестным электрическим потенциалом, при этом другой провод соединен с заземлением.
С этой целью синусоидальный сигнал S2 напряжения на частоте f2 вводится в синфазном режиме на резисторы 21 и 22 смещения через цифроаналоговые преобразователи 31 и 32 (этап F10). В качестве примера сигнала S2 имеет форму:
S2(f2)=Vmax cos(2πf2t).
В настоящем описываемом примере данный сигнал накладывается на номинальные напряжения смещения так, что:
Vtest_h=Vnom_h+Vmax cos(2πf2t)
и
Vtestl=Vnoml+Vmax cos(2πf2t),
где Vnom_h и Vnom_l являются номинальными напряжениями смещения резисторов 21 и 22 смещения в установившемся режиме.
Частота f2 выбирается такой, чтобы удовлетворять следующим ограничениям:
вводимый сигнал не должен генерировать возмущения в сигнале на рабочей частоте f0 датчика; и
в случае короткого замыкания должна быть возможность наблюдения сигнала на частоте, отличной от рабочей частоты f0 датчика 10, и данный сигнал должен быть измеряемым посредством использования цепи C1 сбора.
Более точно и как описано выше, для частоты f1 в первом примерном применении, частота f2 выбирается меньшей максимальной частоты fmax, которая является приемлемой для цепи C1 сбора, и большей минимальной частоты fmin, которая задается определенными выше уравнениями (2) и (3).
Таким образом, в данном примере предварительно заданная характеристика проверочного напряжения смещения, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения в понимании изобретения, является природой сигнала и, более точно, его переменной составляющей тока, если напряжения Vnom_h и Vnom_l являются напряжениями постоянного тока.
Следует также обратить внимание на то, что другие типы сигналов могут быть наложены на номинальные напряжения, такие как, например, прямоугольные сигналы или сигналы треугольной формы.
Результирующее дифференциальное напряжение V3, которое является следствием подачи проверочных напряжений Vtest_h и Vtest_l смещения на резисторы 21 и 22 смещения, затем измеряется с использованием цепи C1 сбора (этап F20). После этого наблюдаются характеристики данного дифференциального напряжения V3 (этап F30).
Следует обратить внимание на то, что для этих этапов преимущественным в данном примере является использование цепи C1 сбора датчика 10, таким образом, позволяя выполнять изобретение простым образом, не требуя использования дополнительного оборудования. Тем не менее, в одном варианте также возможно предусмотреть использование осциллографа.
Поскольку проверочные напряжения Vtest_h и Vtest_l смещения соответствуют сигналам на одной и той же частоте f2, которые вводятся в синфазном режиме на данные два резистора 21 и 22 смещения, если датчик 10 будет функционировать нормальным образом, то следует ожидать, что не будет наблюдаться никакого сигнала на частоте f2 на выходе с датчика 10.
Таким образом, если составляющая на частоте f2 наблюдается при напряжении V3, то можно сделать вывод о том, что короткое замыкание по отношению к механическому заземлению влияет на датчик 10 (этап F40).
Наоборот, если никакой переменной составляющей тока на частоте f2 не присутствует при напряжении V3, то можно сделать вывод о том, что датчик 10 функционирует нормальным образом, другими словами что он не подвергается влиянию короткого замыкания по отношению к механическому заземлению (этап F50).
Следует обратить внимание на то, что в вышеописанных примерах дифференциальные напряжения V1, V2 и V3, установленные с использованием цепи C1 сбора, являются напряжениями, которые устанавливаются на выходе с фильтра 51. Известным образом, после стабилизации дифференциальное напряжение, установленное на выходе фильтра 51 посредством цепи C1 сбора, является образом дифференциального напряжения на входе фильтра 51, другими словами, после стабилизации, оно является образом дифференциального напряжения на выводах датчика 10. Напряжения V1, V2 и V3, установленные с использованием цепи C1 сбора, таким образом, представляют собой дифференциальные напряжения на выводах датчика 10.
Вышеупомянутые примеры описаны для цепи сбора в дифференциальном режиме. Тем не менее, как упомянуто выше, изобретение также применяется к цепи сбора в синфазном режиме.
На Фигуре 6 показан частный вариант осуществления изобретения, содержащего систему 101 для обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик 110 цепи сбора C2 в синфазном режиме.
В качестве примера, датчик 110 является индуктивным датчиком для восприятия положения или движения, и он содержит, по меньшей мере, индуктивный элемент 111 и резистивный элемент 112. Данные предположения естественно не являются ограничительными, и в одном варианте датчик 110 может быть датчиком, который является резистивным или емкостным, и он служит для обнаружения других переменных величин, таких как температура, давление, скорость и т.д.
В синфазном режиме один из выводов B2 датчика 110 соединен с заземлением M, в то время как другой вывод B1 соединен с резистором 121 смещения.
Резистор 121 смещения соответствует уровню высокого потенциала. Он соединен с цифроаналоговым преобразователем 131, подходящим для изменения своего напряжения смещения. Цифроаналоговым преобразователем 131 управляет цифровое ядро 140.
Цепь C2 сбора датчика 110 также составляет, традиционным образом, усилитель 152, служащий для повышения отношения сигнал-шум измерительного сигнала, доставленного датчиком 110.
Такая цепь C2 сбора в синфазном режиме часто используется, когда механические и электрические заземления соединены вместе. В данном контексте только один вид короткого замыкания может встретиться в датчике 110, а именно дифференциальное короткое замыкание. Таким образом, система 101 может использоваться подобным образом, что и система 1 обнаружения, описанная выше, для обнаружения дифференциального короткого замыкания, когда рассматривается цепь в дифференциальном режиме. Тем не менее, так как система обнаружения 101 имеет только одно напряжение смещения, значение амплитуды поданного проверочного напряжения Vtest_h смещения должно быть в два раза больше, чем в системе 101, для того чтобы предоставить возможность обнаружения короткого замыкания.
Изобретение применяется предпочтительно, но без накладывания ограничений, в области авиации. Оно служит, в частности, для обнаружения коротких замыканий, которые могут влиять на множество датчиков, присутствующих на борту самолета, таких как, например, датчики для восприятия температуры, движения, давления и т.д.
В зависимости от рассматриваемого датчика и его полного сопротивления, а также в зависимости от типа короткого замыкания, которое необходимо обнаружить, следует обратить внимание на то, что способ и система обнаружения изобретения могут использоваться в течение проверки при осуществлении проверки в полете или на земле, или в варианте в течение самопроверки, в частности, когда напряжение переменного тока вводится для того, чтобы подать проверочные напряжения смещения.
1. Способ обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик, причем, по меньшей мере, один вывод датчика соединен с резистором смещения, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
подают на, по меньшей мере, один резистор смещения, по меньшей мере, одно проверочное напряжение смещения, имеющее, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, которая отличается от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения по меньшей мере одного резистора смещения;
измеряют результирующее дифференциальное напряжение на выводах датчика; и
в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики измеренного результирующего дифференциального напряжения, соответствующей по меньшей мере одной предварительно заданной характеристике по меньшей мере одного проверочного напряжения смещения, определяют, показывает ли датчик присутствие короткого замыкания;
при этом определяют, что датчик показывает присутствие короткого замыкания, если по меньшей мере одна характеристика измеренного результирующего дифференциального напряжения отличается от соответствующей характеристики, ожидаемой для дифференциального напряжения, измеренного на выводах датчика, когда датчик не показывает присутствие короткого замыкания.
2. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 1, в котором:
каждый вывод датчика соединен с соответствующим резистором смещения,
для того чтобы подать по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения на каждый из по меньшей мере одного резистора смещения, сигнал переменного тока на предварительно определенной частоте, отличающейся от рабочей частоты датчика, подают на по меньшей мере один резистор смещения; и
определяют, что датчик показывает присутствие короткого замыкания, если измеренное результирующее дифференциальное напряжение включает в себя переменную составляющую тока на упомянутой предварительно определенной частоте.
3. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 1, который дополнительно содержит этап, на котором измеряют номинальное дифференциальное напряжение на выводах датчика, когда по меньшей мере на один резистор смещения подано номинальное напряжение смещения, и
при этом определяют, что датчик показывает присутствие короткого замыкания, если результирующее дифференциальное напряжение, измеренное после подачи по меньшей мере одного проверочного напряжения смещения, является по существу равным номинальному дифференциальному напряжению.
4. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 3, в котором для того чтобы подать по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения, сигнал постоянного тока подают на каждый по меньшей мере один резистор смещения.
5. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 4, в котором сигнал постоянного тока имеет первую амплитуду, отличающуюся от второй амплитуды номинального напряжения смещения по меньшей мере одного резистора смещения.
6. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 3, в котором для того чтобы подать по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения, сигнал переменного тока на предварительно определенной частоте, отличающейся от рабочей частоты датчика, подают на каждый из по меньшей мере одного резистора смещения.
7. Способ обнаружения короткого замыкания по п. 6, в котором каждый вывод датчика соединен с соответствующим резистором смещения, и причем для того чтобы подать по меньшей мере одно проверочное напряжение смещения, сигналы переменного тока, подаваемые на по меньшей мере один резистор смещения, являются двумя синусоидальными сигналами в противофазе.
8. Система для обнаружения короткого замыкания, влияющего на датчик, причем, по меньшей мере, один вывод датчика соединен с резистором смещения, при этом упомянутая система отличается тем, что она содержит:
средство для подачи на, по меньшей мере, один резистор смещения, проверочного напряжения смещения, имеющего, по меньшей мере, одну предварительно заданную характеристику, отличающуюся от соответствующей характеристики номинального напряжения смещения по меньшей мере одного резистора смещения;
средство для измерения результирующего дифференциального напряжения на выводах датчика; и
средство для определения, в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики измеренного дифференциального напряжения, соответствующей по меньшей мере одной предварительно заданной характеристике по меньшей мере одного проверочного напряжения смещения, показывает ли датчик присутствие короткого замыкания,
при этом определяют, что датчик показывает присутствие короткого замыкания, если по меньшей мере одна характеристика измеренного результирующего дифференциального напряжения отличается от соответствующей характеристики, ожидаемой для дифференциального напряжения, измеренного на выводах датчика, когда датчик не показывает присутствие короткого замыкания.
9. Система обнаружения короткого замыкания по п. 8, отличающаяся тем, что средство для подачи по меньшей мере одного проверочного напряжения смещения содержит цифро-аналоговый преобразователь.
