1 引言

航空发动机的进气温度、燃气温度、环境温度以及燃滑油温度等是影响整个发动机性能的重要参数，为确保其准确性，试车前需要对其进行标定。当前温度信号的标定主要采用的是人工给定信号的方法进行标定。在通过电阻箱人工手动给定标准电阻值或者通过校验仪给定标准毫伏信号模拟热电阻或热电偶信号后，控制器采集并记录采集值，形成标准温度与采集值之间的对应关系，完成标定。采用该方法标定由于人工操作的限制，无法同时进行多路温度信号的标定，工作效率较低，同时人工操作容易犯错。

2 自动标定系统简介

为解决以上问题，本文提出了一种航空发动机温度信号的自动标定方法。该方法方案示意图如下图1所示：温度信号模拟装置，可以精确模拟温度传感器信号，同时该装置可以实时接收计算机的控制，将控制指令转换为对应的温度信号输出。控制器采集该温度信号后，计算机通过通讯总线接收控制器反馈采集值。自动标定软件通过将设定的标定温度信号按照设定好的值，多路同时输出并同时采集，形成对应标定关系。

3  自动标定系统设计

温度信号自动标定系统设计主要包括计算机温度模拟装置设计和自动标定软件设计两部分工作，下面分别进行介绍。

3.1 温度模拟装置设计

发动机上温度传感器主要有热电偶和热电阻两类，因此温度模拟装置主要模拟这两类信号。在进行信号模拟时，可选的控制器较多，目前常用的有NI PXI机箱及板卡、NI Crio控制器及对应的模块、工控机及板卡、其他嵌入式板卡。考虑到信号模拟装置的便携性及编程便宜性这里选择NI Crio控制器及对应的模块来进行设计实现。

3.1.1热电阻信号模拟

热电阻信号的特点是阻值随温度的变化而变化，因此这里采用合成电阻的方式来实现对该信号的模拟^[1]，合成电阻由MAX532芯片和运放电路构成^[2][3]。其实现原理是： MAX532 DA芯片输出电压，作为合成电阻值控制输入端，运放电路对DA 芯片输出电压进行调理，改变输出端的电压/电流特性^[4]，实现合成电阻。MAX532 DA芯片采用SPI通信的方式控制输出电压。在本方案中采用NI Crio控制器通过高速开关量输入输出模块(NI 9401)模拟SPI进行通信控制。具体方案如下图2所示。

3.1.2热电偶信号模拟

航空发动机高温燃气温度测量一般采用 K 型热电偶，正常工作时输出的电动势约为 0~50mV。因此模拟该信号只需要采用 MAX532 芯片输出电压，并采用运放来进行信号衰减，将DA输出信号衰减到需要的范围即可^[1]。MAX532 DA芯片输出电压，这里同样采用NI Crio控制器通过高速开关量输入输出模块（NI 9401）模拟SPI进行通信控制。具体方案如下图所示。

3.1.3Crio控制器模拟SPI通信

在Crio控制器接收到自动标定软件发送来的信号之后，其内置的PowerPC处理器首先接收并处理接收的信号。紧接着将接收的信号通过NI内置通信方式发送給内置的FPGA模块，通过对该模块编程，用其内置的40MHz的信号时钟，通过开关量输出信号模拟SPI时序，最后通过NI 9401模块将SPI信号输出給MAX532。由于NI 9401为多路开关量输入输出模块且Crio控制器可以插接多个模块，因此该装置具有良好的扩展性。该过程流程图如下图4所示：

3.2 自动标定软件

航空发动机温度信号自动标定软件首先通过读取用户预先定义的标定配置文件，得到用户需要标定的信号信息。然后将配置文件中定义的多路需要标定的温度信号同时发送給信号模拟装置中的NI Crio控制器，通过温度模拟装置变换成标准传感器物理信号供电子控制器采集。最后通过接收控制器传送上来的温度采集值，并记录形成标定关系文件。自动标定软件按照功能主要可以分为以下三个部分：标定给定信号配置文件的定义及读取；与信号模拟装置数据通信；与数字电子控制器通信并将采集值与给定值进行标定数据记录形成标定关系文件。软件流程图如下图5所示。

为方便用户快速定义需要标定的信号及信号给定值点，自动标定软件提供配置文件读取及软件界面定义配置文件功能。当选择读取标定配置文件时，软件自动读取之前定义好的配置文件，进行使用，避免用户每次都需要重新地定义标定配置文件。当选择重新定义标定配置文件时，自动标定软件在界面上提供所有的标定信号的名称可选项目，并按照热电偶及热电阻分开。在用户完成信号选择及需要的信号值输入后，点击保存按钮，软件将定义值写入标定配置文件。

自动标定软件与信号模拟装置之间的通信可靠性，两者之间的通信采用TCP协议进行通信。在需要标定的信号完成定义后，自动标定软件每次将多路需要标定信号的一个标定点同时发送給信号模拟装置，由其完成信号转换。电子控制器采集到转换后的信号后，将采集到的电压值通过串口发送給自动标定软件。自动标定软件在完成标定后将本次标定关系记录在Excel文件中。某次标定完成后，形成的自动标定关系文件记录结果如下图6，软件运行截面如图7。

4 总结

温度自动标定软件可以很好地完成标定任务，标定结果可以满足实际应用。并且由于其可以多路同时标定的特性，极大地提高了航空发动机外场试车的效率。

参考文献

[1] 韩建军.基于BIT的双通道容错电子控制器设计及验证，[硕士学位论文].南京：南京航空航天大学，2011.

[2] Glaser, John S. A Simple Low-Loss Linear Negative Resistor Emulator, IEEE Annual Power Electronic Specialists Conference, 2002, 1:173~178.

[3] Wavetek Corporation. Model 9100-Universal Calibration System, Wavetek Application Documents, 1994.

[4] 尹伟.传感器信号模拟电路设计研究，[硕士学位论文].西安：西北工业大学大学，2007.

作者简介

何健  （1986- ） 男  硕士研究生   工程师  研究方向：发动机控制