發動機點火器故障監控裝置的制作方法

本實用新型涉及一種發動機點火裝置工作狀態采樣及故障防護裝置，特別是用于航空航天發動機點火裝置在原位或試驗室環境下的工作狀態采樣及故障防護裝置。

背景技術：

航空發動機是飛機的心臟，航空點火系統是航空發動機的重要部件之一。發動機實際運行過程中因存在多個約束條件將導致電控單元的標定變成多變量、多約束、具有不同優化目標的復雜工程。發動機點火系統是由點火裝置、點火電纜和電嘴構成的一種用于主燃燒室和加力燃燒室的點火源系統，點火裝置將飛機上的直流電或交流電轉化為高壓電后，通過點火電纜和電嘴放出火花并保證給火花足夠的能量，直接點燃發動機燃燒室內空氣和燃油的混合氣體。發動機點火裝置工作狀態采樣及故障防護是通過對電容器充、放電電路脈沖電流進行信號采樣，測得點火裝置電容器充、放電脈沖頻率，電流峰值范圍，從而判斷發動機點火裝置工作是否正常,由于發動機的最佳點火提前角隨發動機轉速和負荷的變化是一個不規則的曲面,真空、離心點火提前調節器的點火提前角調節是線性的，因此不可能在發動機轉速、負荷變化的范圍內將點火提前角都調整到最佳的值。點火正時所調整的基本點火提前角是以發動機在整個轉速變化范圍內不產生爆燃為前提的，這樣只能使發動機在某些工況下接近于最佳點火，而在其它工況下實際上是點火過遲了。真空、離心點火提前調節裝置使發動機在許多工況下偏離最佳點火時刻，發動機的功率不能充分發揮，油耗和排污較高，而且真空、離心點火提前調節器則不能起作用，導致點火裝置的點火提前角調節性能較差,對溫度等其它影響燃燒的因素不能起調節作用。傳統的高壓配電方式工作時配電器分火頭與旁電極之間的跳火和具有較高電阻的高壓導線均會損失部分點火能量，配電器在高壓下工作，分電器蓋、分火頭及高壓導線等的漏電、燒損是電子點火裝置常見的故障。目前航空航天發動機均配置2臺以上互為備份的點火裝置。至今尚無裝機后的工作狀態監控，單臺點火裝置一旦故障，雖仍能靠余下的點火裝置著火，但存在一定概率的安全隱患。其次，當發動機點火裝置電容器出現開路故障時，不及時斷電，可能使點火裝置其他重要電路的損毀，造成更大損失；當發動機點火裝置高壓放電電路故障時，不及時斷電，將造成電容器不斷充電，直至爆炸。

綜上所述，航空航天事故非同小可，特別是對于作為心臟的發動機，更是不容一點點安全隱患的存在。所以，制造一種能對點火裝置裝機后的工作狀態進行采樣，以便隨時監控的裝置刻不容緩。但發動機點火裝置電容器在充、放電過程中的高電壓，強電流及反向負高壓帶來的強沖擊干擾，對數、模采樣電路均會有極大干擾，造成采樣不穩定，不準確，甚至無法工作。如何消除干擾，有效采集數據，及時發現故障，并能在故障發生時，第一時間采取自動保護，成為了當前航空航天發動機點火裝置工作狀態實時采樣、監控和故障防護急待解決的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足之處，提供一種能夠消除發動機點火裝置工作干擾，采樣穩定準確，數據讀取可靠，且能在發生故障時，及時告警并采取斷電保護的裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種發動機點火器故障監控裝置，包括：通過次級高壓放電端電連接電嘴的點火裝置和通過采樣電纜電連接的信號采樣處理、數據處理比對控制電路，其特征在于：數據處理比對控制電路包括采樣模塊3、信號處理模塊4、數據處理控制模塊5、顯示模塊6、電源模塊7、故障防護模塊8和復位電路9，其中，采樣模塊3順次串聯信號處理模塊4和數據處理控制模塊5，數據處理控制模塊5電連接顯示模塊6，并通過電連接有電源模塊7和復位電路9的故障防護模塊8電連接點火裝置的初級電源端；數據處理控制模塊5通過數據設置電路，預置工作時間、標準工作頻率和電流峰值范圍，啟動后，采樣模塊3從點火裝置采樣接口，經采樣電纜2對發動機點火裝置中的電容器充、放電電路產生的脈沖電流進行信號采樣，采樣信號經信號處理模塊3整形、濾波后，對采樣信號作補償濾波，將讀取頻率及電流峰值送入數據處理控制模塊5，數據處理控制模塊5通過AVR單片機，將預置的標準工作頻率、電流峰值范圍與采樣頻率和/或電流峰值進行數據比對、分析和判斷，一旦采樣頻率和/或電流峰值任意一個出現超誤差，數據處理控制模塊5通過控制程序軟件立即向顯示模塊6發出故障告警信號指令，同時控制故障防護模塊8斷開點火裝置初級電源，并切斷相應繼電器，使整個裝置進入故障鎖定狀態。

本實用新型具有如下有益效果：

能夠消除發動機點火裝置工作干擾。本實用新型采用先對數據處理控制模塊數據處理控制模塊進行點火裝置工作時間，標準工作頻率、電流峰值范圍進行預設置后，通過故障防護模塊的啟動開關為點火裝置上電，從點火裝置采樣接口，經采樣電纜，由采樣模塊對發動機點火裝置電容器充、放電電路脈沖電流進行信號采樣，再經信號處理模塊整形、濾波，利用采樣模塊采樣后，再經信號處理模塊整形、濾波，徹底濾除了采樣帶入的負高壓信號干擾，及脈沖采樣信號的移頻干擾。

采樣穩定準確、可靠。本實用新型利用采樣模塊對點火裝置電容器充、放電電路脈沖電流進行采樣，在點火裝置上電啟動2S內或正常工作時間內，送入數據處理控制模塊再次處理后與設置頻率進行數據比對分析、判斷，送顯示模塊顯示。一旦采樣頻率或電流峰值任意一個出現超誤差，數據處理控制模塊向顯示模塊發出故障告警信號，通過顯示模塊故障告警指示，能夠最直觀、準確地反應出點火裝置在工作中所可能出現的線路開路故障，單個以上電容器擊穿、開路故障。同時故障防護模塊斷開點火裝置初級電源，并進入故障鎖定狀態，啟動開關失效。

數據讀取可靠。本實用新型在采樣信號經信號處理模塊整形、濾波后，對采樣信號作補償濾波，將讀取電流峰值送入數據處理控制模塊，數據處理控制模塊對工作時間計時，定時斷開點火裝置初級電源，讀取電流峰值，送顯。

能在發生故障時，及時告警并采取斷電保護。如不復位解鎖，再次啟動，數據處理控制模塊向顯示模塊發出故障鎖定警告及復位提示信號，顯示模塊有醒目故障鎖定警告信息和復位提示信息。此時須通過復位電路復位，使顯示模塊上故障鎖定警告信息和復位提示信息消失后，啟動開關重新有效，才能再次為點火裝置上電。

操作簡單。本實用新型通過次級高壓放電端電連接電嘴的點火裝置和通過采樣電纜電連接的信號采樣處理、數據處理比對控制電路，其中的數據處理控制模塊可根據點火裝置工作時間，標準工作頻率、電流峰值范圍進行預設置。打開啟動開關，接通點火裝置的電源，裝置對發動機點火裝置工作狀態開始計時并采樣，同時將采樣數據及工作狀態情況直觀顯示出來，實時對點火裝置進行工作狀態監控和保護。若工作時間計時完成，自動斷電，停止工作，顯示工作完成。若出現故障，自動斷電，點火裝置停止工作，顯示故障告警提示。故障鎖定防誤操作。當出現故障自動斷電保護后，裝置進入故障鎖定狀態，如不復位解鎖，無法再次啟動點火裝置，防止故障狀態下誤操作。

附圖說明

下面結合附圖和實施例進一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。

圖1是本實用發動機點火器故障監控裝置的原理框圖。

圖2是圖1數據處理控制模塊內置控制軟件的程序流程圖。

圖中，1點火裝置、2采樣電纜、3采樣模塊、4信號處理模塊、5數據處理控制模塊、6顯示模塊、7電源模塊、8故障防護模塊、9復位電路、10點嘴。

具體實施方式

參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施例中，一種監控發動機點火裝置工作狀態的故障防護裝置，包括：通過次級高壓放電端電連接電嘴的點火裝置和通過采樣電纜電連接的信號采樣處理、數據處理比對控制電路，其特征在于：數據處理比對控制電路包括采樣模塊3、信號處理模塊4、數據處理控制模塊5、顯示模塊6、電源模塊7、故障防護模塊8和復位電路9，其中，采樣模塊3順次串聯信號處理模塊4和數據處理控制模塊5，數據處理控制模塊5電連接顯示模塊6，并通過電連接有電源模塊7和復位電路9的故障防護模塊8電連接點火裝置的初級電源端；數據處理控制模塊5通過數據設置電路，預置工作時間、標準工作頻率和電流峰值范圍，啟動后，采樣模塊3從點火裝置采樣接口，經采樣電纜2對發動機點火裝置中的電容器充、放電電路產生的脈沖電流進行信號采樣，采樣信號經信號處理模塊3整形、濾波后，對采樣信號作補償濾波，將讀取頻率及電流峰值送入數據處理控制模塊5，數據處理控制模塊5通過AVR單片機，將預置的標準工作頻率、電流峰值范圍與采樣頻率和/或電流峰值進行數據比對、分析和判斷，一旦采樣頻率和/或電流峰值任意一個出現超誤差，數據處理控制模塊5通過控制程序軟件立即向顯示模塊6發出故障告警信號指令，同時控制故障防護模塊8斷開點火裝置初級電源，并切斷相應繼電器，使整個裝置進入故障鎖定狀態，啟動開關失效。

先對數據處理控制模塊5進行點火裝置工作時間，標準工作頻率、電流峰值范圍進行預設置后，通過故障防護模塊的啟動開關為點火裝置上電后，從點火裝置采樣接口，經采樣電纜，由采樣模塊對發動機點火裝置電容器充、放電電路中的脈沖電流進行信號采樣，再經信號處理模塊整形、濾波，送入數據處理控制模塊5，通過軟件與預置數據進行比對分析、判斷，送顯示模塊顯示。

故障防護模塊的啟動開關為點火裝置上電，當開關接通時，數據處理控制模塊5收到該離散信號，隨即開始計時，采樣模塊立即對發動機點火裝置電容器充、放電電路中的脈沖電流進行信號采樣，數據處理控制模塊5通過軟件對采樣頻率、電流峰值與預置數據作分析對比，在2S內，采樣頻率或電流峰值均未出現超誤差，2S后，數據處理控制模塊5確認點火裝置工作正常，數據處理控制模塊5軟件繼續計時，并立即控制故障防護模塊接通保護開關，隨即斷開啟動開關。此時，轉由僅通過故障防護模塊的保護開關繼續為點火裝置供電。

在2S內，數據處理控制模塊5在確認點火裝置工作正常，接通保護開關后，數據處理控制模塊5軟件始終保持對采樣頻率、電流峰值與預置數據作分析對比，采樣頻率或電流峰值任意一個出現超誤差，數據處理控制模塊停止計時，并立即控制故障防護模塊斷開啟動開關，保護開關仍然處于斷開位置。此時，點火裝置初級電源端與電源模塊7完全斷開。

故障防護模塊8的啟動開關為點火裝置1上電，當開關接通時，數據處理控制模塊5收到該離散信號，隨即開始計時，采樣模塊3通過采樣電纜2立即對發動機點火裝置1電容器充、放電電路中的脈沖電流進行信號采樣，經信號處理模塊4整形、濾波后，送入數據處理控制模塊5，數據處理控制模塊5通過軟件對采樣頻率、電流峰值與預置數據作分析對比：1.如在2S內，采樣頻率未出現超誤差，數據處理控制模塊5確認點火裝置1工作正常，2S后，數據處理控制模塊5軟件繼續計時，并立即控制故障防護模塊8接通保護開關，隨即斷開啟動開關。此時，轉由僅通過故障防護模塊8的保護開關繼續為點火裝置1供電。

2.如在2S內，采樣頻率出現超誤差，數據處理控制模塊5軟件停止計時，并立即控制故障防護模塊8斷開啟動開關，保護開關仍然處于斷開位置。此時，點火裝置1初級電源端與電源模塊7完全斷開。

如點火裝置1未出現故障，數據處理控制模塊5軟件完成工作時間計時后，立刻控制斷開故障防護模塊8上的保護開關，并向顯示模塊6發出工作完成信號，顯示模塊6顯示工作完成。

當數據處理控制模塊5軟件判斷出點火裝置1故障，控制故障防護模塊8在斷開所有開關后，并切斷相應繼電器，使整個裝置進入故障鎖定狀態，故障防護模塊8上的啟動開關失效。如不復位解鎖，再次啟動，數據處理控制模塊5軟件通過判斷后，向顯示模塊6發出故障鎖定警告及復位提示信號，顯示模塊6有醒目故障鎖定警告信息和復位提示信息。此時須通過復位電路9復位，數據處理控制模塊5軟件確認復位成功后，關閉告警、提示信號，使顯示模塊6上故障鎖定警告信息和復位提示信息消失，同時復位相應繼電器，使整個裝置解除故障鎖定狀態，故障防護模塊8上的啟動開關重新有效。

采樣信號，經信號處理模塊4整形、濾波，送入數據處理控制模塊5通過軟件與預置頻率進行數據比對分析、判斷后送顯示模塊6，顯示采樣頻率值，工作時間，電流峰值范圍及工作狀態正常提示。當點火裝置1故障時，數據處理控制模塊5軟件通過數據比對分析、判斷，確認故障，立即向顯示模塊6發出故障告警信號，顯示模塊6有醒目故障提示信息。

參閱圖2。數據處理控制模塊5設置有通過設置，向控制程序軟件預置工作時間，標準工作頻率、電流峰值范圍的控制程序軟件。在點火裝置1上電時，控制程序軟件程序判斷是否有故障鎖定，如果有鎖定，再判斷是否復位，如未復位，則不能接通故障防護模塊8上的啟動開關，并向顯示模塊6發出復位提示信號。在點火裝置1上電時，控制程序軟件程序判斷是否有故障鎖定，如果有鎖定，再判斷是否復位，如未復位，則不能接通故障防護模塊8上的啟動開關，并向顯示模塊6發出復位提示信號。控制程序軟件程序判斷有故障鎖定時，如判斷到復位電路已成功復位，或通過控制程序軟件程序判斷無故障鎖定，即接通故障防護模塊8上啟動開關，并接收啟動開關接通信號，隨即打開數據處理控制模塊5中的定時器開始計時。

2S內，如數據處理控制模塊5未接收到采樣信號，或采樣信號頻率、電流峰值任意一個數據超誤差范圍，控制程序軟件程序立即控制斷開故障防護模塊8上的啟動開關，關閉定時器，并向顯示模塊6發出故障信號。如數據處理控制模塊5接收到采樣信號，經比對滿足預置數據要求，送顯示模塊顯示，2S后，控制程序軟件程序控制接通故障防護模塊8上的保護開關，斷開啟動開關，定時器繼續計時。在隨后的工作時間計時過程中，如數據處理控制模塊5接收到的采樣信號頻率、電流峰值中任意一個數據超誤差范圍，控制程序軟件程序立即控制斷開故障防護模塊8上的保護開關，關閉定時器，并向顯示模塊6發出故障信號，同時鎖定故障防護模塊8上的啟動開關，使其失效。如未出現故障，定時器定時結束，程序控制斷開故障防護模塊8上的保護開關，并向顯示模塊6發出工作完成信號。

數據處理控制模塊(5)的主處理器可以選用集成了2個獨立的8位定時/計數器,1個16位定時/計數器,4路PWM通道,一個10位ADC接口,1路SPI接口和1路USART串行通信接口的ATMega16高速微處理器。外部使用電流轉換模塊將電流轉換成0-5V電壓，并通過ATMega16微處理器的ADC接口采集處理。