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1、航空发动机静电传感器及检测电路分析设计刘建英,等航空发动机静电传感器及检测电路分析设计AnalysisandDesignoftheElectrostaticSensorandDetectionCircuitforAircraftEngine刘建英韩路军周苗苗马敏(中国民航大学航空自动化学院,天津300300)摘要:静电传感器的探极被放置于航空发动机尾气通路中,是获取静电信号的直接元件。基于Matlab和COMSOL对探极的感应特性做了相关研究,得出了静电传感器可等效为低通滤波器的结论。为解决电压前置放大器抗干扰性差这一弊端,设
2、计了电荷灵敏前置放大器、成型电路、陷波器。验证表明,设计的检测电路能够对微弱电荷信号进行无失真放大,抗干扰性较好,为分析静电感应信号的特性奠定了基础。关键词:航空发动机静电传感器电荷灵敏放大器故障监测Matlab中图分类号:TN722文献标志码:AAbstract:Theprobeofelectrostaticsensorplacinginthetailgaspathofaircraftengineisthedirectelementforobtainingelectrostaticsignal.BasedonMatlaban
3、dCOMSOL,theinductioncharacteristicsoftheprobeareresearched,anditisconcludedthattheelectrostaticsensorcanbeequivalenttolow-passfilter.Tosolvethemalpracticeofpooranti-interferenceperformanceofthevoltagepre-amplifier,thechargesensitivepre-amplifier,formingcircuit,andno
4、tchfilteraredesigned.Thevalidationshowsthatthedetectioncircuitdesignedcanenlargetheweakchargesignalwithoutdistortion,andfeaturesbetteranti-interferencecapability;thislaidthefoundationforanalysingcharacteristicsoftheelectrostaticinductionsignals.Keywords:Aircraftengi
5、neElectrostaticsensorChargesensitiveamplifierFaultmonitoringMatlabQ′0引言s=(1)Q基于静电感应的航空发动机气路故障监测技术是施感电荷为移动的点电荷,施感电荷和感应电荷-19一项新的监测技术,它根据发动机尾气中电荷量的变产生的电场相互作用,使得探极在10s内达到新的[4]化来监测气路部件的工作状况[1-2]。探极具有输出信平衡状态。因此,移动电荷和感应电荷之间的电场号微弱、输出阻抗高的特点,因此需要输入阻抗高、输可以用静电场来描述。采用微分方程和边界条件的方
6、出阻抗低、抗干扰性好的前置放大电路与探极进行阻式来描述静电场,如果点电荷在传感器的敏感区域内,[5]抗匹配。电压前置放大电路存在低频特性差、容易受将满足以下泊松方程和边界条件:电缆分布电容影响等缺陷。对此,设计了由高输入阻ìÑ2Φ=-ρε抗的结型场效应管和宽频带的集成运放构成的电荷灵Φ(Γ)=0敏前置放大器,以及后续成型、陷波电路,从而提高了pí(2)Φ(Γ)=0整个系统的分辨率和抗干扰性。iΦ(Γ)=Ce1传感器输出信号特性分析îδ=D=εE=-εÑΦ[3]式中:Ñ2为拉普拉斯算子;Ф为电场区域的电势;ρ为电通过联合使用Ma
7、tlab和COMSOL,对探极的感应电荷数据进行了分析,为设计硬件电路提供了参考。场区域内的电荷密度;ε为空间区域内的电介质分布;1.1静电传感器的数学模型Γp、Γi、Γe分别代表管线、接地外壳、电极的边界;C为探极的灵敏度分布函数s可表示为感应电荷Q′常数;δ为电极上感应电荷的密度;D为电位移矢量;E与施感电荷Q比值的模。为电场强度。此时,在电极远端感应到的电荷量Q′为:Q′=∫σds(3)国家自然科学基金青年基金资助项目(编号:61102096)。在已知介电常数分布ε、电荷密度ρ的情况下,根修改稿收到日期:2013-08-
8、03。据式(2)和式(3),便可求出探极的感应电荷量。在第一作者刘建英(1963-),女,1988年毕业于天津大学电气自动化专业,获硕士学位,副教授;主要从事航空电源、检测及自动化装置方面的研究。COMSOL中设定施感电荷量,COMSOL会自动计算出《自动化仪表》第35卷第4
