一种基于超声波的法兰式航空油量测量装置的制作方法

1娱乐游戏涉及测量仪器技术领域，尤其涉及一种基于超声波的法兰式航空油量测量装置。


背景技术：

2.目前的液位测量的方法虽然多，但因受航空使用条件的限制，实际应用的液位测量方法很少。近年来由于为微电子技术的发展和新的检测原理的应用，使得液位检测技术的得到迅猛的提高，出现了许多新的测量方法和原理。根据测量原理的不同可分为超声波测量法、光纤测量法、磁致伸缩测量法、雷达测量法。各种方法各有优缺点，其中超声波测量技术以其性能优越、价格低廉和使用方便等特点被认为是很有潜力的航空液位测量方法之一。
3.超声波相对光纤液位法有以下优点：
4.1.对色彩、光照度不敏感，能避免燃油内出现不透光物质的影响；
5.2.超声波对电磁场不敏感，可用于电磁场强复杂的环境。
6.超声波相对磁致伸缩测量法存在传感器的机械机构简单、成本低、易于实现小型化和集成化的特点。相对于雷达这种被国际为测距最理想的传感器看，超声波测量法有不受电磁干扰，信号检测和处理简易，系统简单价格低廉和便于安装稳定性好等特点。
7.但是，现有的超声波式系统也存在一些问题：
8.一是需要在油箱顶部开孔安装法兰盘，破坏了油箱的完整性和密封性；
9.二是探头与内管壁之间需要填充耦合剂或垫片，以保证良好的声学匹配，但这些材料会随时间老化或脱落，影响信号质量；
10.三是探头与内管壁之间存在一定的距离或角度偏差，导致信号衰减或反射；
11.四是探头需要承受高温、高压、强腐蚀等恶劣环境影响；
12.五是超声波测量法存在测量盲区和倾斜液面检测困难等缺点，无法应对在航空使用条件下的动态倾斜液面的精确测量。


技术实现要素：

13.针对上述问题，本实用新型提供了一种基于超声波的法兰式航空油量测量装置，能够准确、稳定、可靠地测量航空器油箱中的油量，同时具有结构简单、安装方便、维护成本低、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
14.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于超声波的法兰式航空油量测量装置，应用于航空器的油箱中油量的测量，包括：法兰式控制器盒、电路板、测量内管、测量外管和超声波传感器；
15.所述电路板设置于所述法兰式控制器盒的盒体内，所述法兰式控制器盒通过法兰结构安装于所述油箱的顶部外侧；
16.所述测量内管套设于所述测量外管内，所述测量内管与所述测量外管之间形成空
腔，所述测量内管与所述测量外管的顶部通过所述法兰式控制器盒的法兰结构安装于所述油箱的顶部内侧，所述测量内管与所述测量外管的底部延伸至所述油箱的底部；
17.所述超声波传感器安装于所述测量内管的管内底部，所述超声波传感器的超声波发射方向向上，所述超声波传感器的信号线与所述电路板电连接。
18.在上述技术方案中，优选地，基于超声波的法兰式航空油量测量装置还包括油量报警器，所述油量报警器包括低位传感器和高位传感器，所述低位传感器和所述高位传感器为电容式传感器；
19.所述低位传感器和所述高位传感器分别安装于所述测量内管与所述测量外管之间空腔的预设低限位和预设高限位，所述低位传感器和所述高位传感器分别与所述电路板电连接。
20.在上述技术方案中，优选地，所述测量内管和所述测量外管均采用碳纤维材质圆柱形管。
21.在上述技术方案中，优选地，所述超声波传感器包括一体化的换能器，所述换能器能够向所述油箱的顶部方向发射超声波信号，并能够接收由油位液面反射的回波。
22.在上述技术方案中，优选地，所述电路板包括电路底板、单片机控制板、信号处理板和电源板，所述电路底板设置于所述法兰式控制器盒的底部，所述电路底板、所述单片机控制板、所述信号处理板和所述电源板之间通过插座和插头适配连接，所述电源板与所述法兰式控制器盒外侧固定的航空插座相连接；
23.所述超声波传感器、所述低位传感器和所述高位传感器分别与所述电路底板电连接。
24.在上述技术方案中，优选地，所述超声波传感器、所述低位传感器和所述高位传感器的信号线通过所述测量内管与所述测量外管之间的空腔连接至所述电路底板。
25.在上述技术方案中，优选地，所述测量内管与所述测量外管的底部贯通，所述测量内管的侧壁下部开设有补充进油口。
26.在上述技术方案中，优选地，所述电路底板的底部以及所述电路底板与所述法兰式控制器盒的底部之间灌封有密封胶。
27.在上述技术方案中，优选地，所述单片机控制板采用stm32f446单片机，所述信号处理板包括信号放大电路、带通滤波电路、指数放大器和模数转换电路。
28.在上述技术方案中，优选地，所述超声波传感器、所述低位传感器和所述高位传感器与所述电路底板之间通过rs422总线接口相连接。
29.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
30.1.本发明采用了法兰式控制器盒，可以方便地将电路板安装在油箱的顶部外侧，不占用油箱内部空间，也不影响油箱的密封性能，且避免电路板受到油箱内油液的影响；
31.2.本发明采用了碳纤维内外管，可以有效地隔离油箱内部的温度、压力、湿度等变化对超声波传感器的影响，提高了测量精度和稳定性；
32.3.本发明采用了超声波传感器，可以利用超声波在空气和液体中的反射原理，由油箱底部向上发射超声波，根据接收到油液表面反射回波与发射超声波的时间差，计算得出油箱中油面距离传感器的高度，从而计算出油箱中的油量，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强等优点。
附图说明
33.图1为本实用新型一种实施例公开的基于超声波的法兰式航空油量测量装置的剖面示意图；
34.图2为本实用新型一种实施例公开的测量内管与测量外管的横截面结构示意图；
35.图3为本实用新型一种实施例公开的电源板的供电电路示意图；
36.图4为本实用新型一种实施例公开的信号处理板的电路示意图；
37.图5为本实用新型一种实施例公开的单片机控制板的电路示意图；
38.图6为本实用新型一种实施例公开的rs422通讯模块的电路示意图。
39.图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
40.1、法兰式控制器盒；2、电路板；21、电路底板；22、单片机控制板；23、信号处理板；24、电源板；3、测量内管；31、补充进油口；4、测量外管；5、超声波传感器；6、低位传感器；7、高位传感器；8、航空插座；9、油箱。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：
43.如图1和图2所示，根据本实用新型提供的一种基于超声波的法兰式航空油量测量装置，应用于航空器的油箱9中油量的测量，包括：法兰式控制器盒1、电路板2、测量内管3、测量外管4和超声波传感器5；
44.电路板2设置于法兰式控制器盒1的盒体内，法兰式控制器盒1通过法兰结构安装于油箱9的顶部外侧；
45.测量内管3套设于测量外管4内，测量内管3与测量外管4之间形成空腔，测量内管3与测量外管4的顶部通过法兰式控制器盒1的法兰结构安装于油箱9的顶部内侧，测量内管3与测量外管4的底部延伸至油箱9的底部；
46.超声波传感器5安装于测量内管3的管内底部，超声波传感器5的超声波发射方向向上，超声波传感器5的信号线与电路板2电连接。
47.在该实施方式中，采用了法兰式控制器盒1，可以方便地将电路板2安装在油箱9的顶部外侧，不占用油箱9内部空间，也不影响油箱9的密封性能，且避免电路板2受到油箱9内油液的影响。采用超声波传感器5，利用超声波在空气和液体中的传播原理，由油箱9底部向上发射超声波，根据接收到油液表面反射回波与发射超声波的时间差，计算得出油箱9中油面距离传感器的高度，从而计算出油箱9中的油量，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强等优点。
48.具体地，超声波液位测量，是基于超声波在声阻抗率不同的媒介分界面上产生发射的特性，由超声波换能器发出的超声波在液体与气体的分界面发生发射，产生回波被换能器接收，依据换能器发射超声波到再次接收到超声波所经历的时间可测出液位高度。
49.其中，脉冲发送和接收之间的时间(超声波的运动时间)与换能器到物体表面的距离成正比，液位高度s与声速c和传输时间t之间的关系为：s＝c
×
t/2，其中超声波在油中的速度c已知，传输时间t是超声波发送和接收之间的时间差，计算可得出液位的高低。
50.在上述实施方式中，优选地，基于超声波的法兰式航空油量测量装置还包括油量报警器，油量报警器包括低位传感器6和高位传感器7，低位传感器6和高位传感器7为电容式传感器；
51.低位传感器6和高位传感器7分别安装于测量内管3与测量外管4之间空腔的预设低限位和预设高限位，低位传感器6和高位传感器7分别与电路板2电连接。
52.在该实施方式中，油位低于低位传感器6时，电路板2可以根据低位传感器6电容的改变进行判断，油位高于高位传感器7时，电路板2可以根据高位传感器7电容的改变进行判断，从而在油位即将达到预设地位和预设高位时对航空器驾驶员进行报警提醒。
53.在上述实施方式中，优选地，测量内管3和测量外管4均采用碳纤维材质圆柱形管，碳纤维材质能够有效地隔离油箱9内部的温度、压力、湿度等变化对超声波传感器5的影响，提高了测量精度和稳定性。
54.在上述实施方式中，优选地，超声波传感器5包括一体化的换能器，换能器能够向油箱9的顶部方向发射超声波信号，并能够接收由油位液面反射的回波。具体地，与常规的在油箱9顶部空气中设置的超声波液位检测不同，本实用新型的超声波传感器5设置于油箱9底部，由油液中向顶部发射超声波，在油液与空气分界面，一部分超声波继续发射向空气，还有一部分超声波反射回超声波传感器5的换能器。在该过程中，在油液耗尽前，超声波发射和接收过程都是在油液中进行，减少了在空气中进行超声波发射和接收所可能受到的干扰，提高了测量的精度和稳定性。
55.如图3至图6所示，在上述实施方式中，优选地，电路板2包括电路底板21、单片机控制板22、信号处理板23和电源板24，电路底板21设置于法兰式控制器盒1的底部，电路底板21、单片机控制板22、信号处理板23和电源板24之间通过插座和插头适配连接，电源板24与法兰式控制器盒1外侧固定的航空插座8相连接；
56.超声波传感器5、低位传感器6和高位传感器7分别与电路底板21电连接。
57.在上述实施方式中，优选地，单片机控制板22采用stm32f446单片机，信号处理板23包括信号放大电路、带通滤波电路、指数放大器和模数转换电路。
58.其中，根据单片机控制板22发出的高频pwm信号，经过信号放大电路进行功率放大，驱动高精度超声波换能器振荡而产生发射超声波，高频脉冲声波由换能器(探头)发出，遇被测物体(油面)表面被反射，折回的反射回波被同一换能器(探头)接收，转换成电信号，经过信号处理板23的信号放大和滤波，滤除接收信号噪声干扰，并经模数转换电路将模拟量信号转换为数字信号。
59.在上述实施方式中，优选地，超声波传感器5、低位传感器6和高位传感器7的信号线通过测量内管3与测量外管4之间的空腔连接至电路底板21。
60.在上述实施方式中，优选地，测量内管3与测量外管4的底部贯通，测量内管3的侧壁下部开设有补充进油口31，能够提高油液进出测量内管3的速度，提高测量装置的测量结果的实时性。
61.在上述实施方式中，优选地，电路底板21的底部以及电路底板21与法兰式控制器
盒1的底部之间灌封有密封胶，防止油液外溢至电路板2上。
62.在上述实施方式中，优选地，超声波传感器5、低位传感器6和高位传感器7与电路底板21之间通过rs422总线接口相连接，保证数据传输的实时性和稳定性。
63.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。