ACM检测系统硬件设计及基于EMD算法信号分析

论文摘要

ACM(Air Cycle Machine)是飞机空调系统的重要部件,为保证其可靠工作,需对其进行定期检测。为提高测试精确度和降低测试成本,设计了ACM性能检测系统。该测试系统主要实现6路压力、6路温度、2路流量、1路加速度、1路位移等模拟量的测量和记录,并根据测试需要设计PCI电动阀控制卡调节阀门开口大小,为测试系统提供合适的测量环境。ACM检测系统硬件部分主要有电源调理板、PCI电动阀控制卡。其中电源调理板主要包括:传感器供电模块、传感器信号调理模块、信号灯控制模块等。其中供电模块通过整流桥和三端稳压后给传感器及温度变送器供电。信号调理部分主要是把传感器送来的电流信号调理成适合采集卡采集的电压信号,并把部分传送正负的电压信号转换成正的电压信号。控制信号灯模块利用采集卡输出的弱信号,经过达林顿管后控制继电器的通断,根据信号灯的显示判断系统的运行情况。为配合系统的实现,设计了基于PCI总线,输出4～20ma的PCI电动阀控制卡。电动阀控制卡主要分为接口部分、控制部分、光电隔离部分和D/A转换部分;控制程序用QuartusⅡ编写,利用JTAG把控制程序在线烧写进CPLD;PCI电动阀控制卡驱动的设计采用Windriver开发。系统中采用的电涡流传感器输出信号反映ACM涡轮轴振动状况,该信号包含两个信息分量,一个是随转速一起变化的振动信号,称之为径向振动信号,它的频率和转速频率相同;另一个是由ACM涡轮机本身的机械特性所产生的振动信号,通常称之为“低频振动信号”,主要是对低频振动信号分析。这里采用EMD (Empirical mode decomposition,经验模态分解)算法对低频振动分量进行分析,通过仿真验证了EMD算法对振动信号分析的有效性。论文主要研究了整个测试系统的设计实现过程和相关的基本理论。通过现场调试,设计的ACM程控检测系统已经成功投入到波音737、747、320、757等机型ACM检测中,实践证明整个系统工作稳定,测量准确,操作简单方便,满足系统设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及课题意义
• 1.2 ACM 检测系统介绍
• 1.2.1 ACM 检测系统功能
• 1.2.2 ACM 检测系统技术指标
• 1.2.3 ACM 程控检测系统的总体结构
• 1.3 论文内容及结构安排
• 第二章 电源信号调理板硬件设计及调试
• 2.1 供电模块设计
• 2.2 传感器信号调理模块
• 2.2.1 电流信号转电压信号电路设计
• 2.2.2 涡轮轴径向振动信号调理电路设计
• 2.2.3 转速传感器信号调理电路设计
• 2.2.4 加速度传感器信号调理电路设计
• 2.2.5 温度传感器信号调理电路设计
• 2.3 继电器控制信号灯模块
• 2.4 调试心得
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于PCI 总线的电动阀控制卡硬件设计及调试
• 3.1 PCI 电动阀控制卡功能介绍
• 3.2 主要器件介绍
• 3.2.1 接口芯片PCI9052 介绍
• 3.2.2 控制芯片EPM7128S
• 3.2.3 D/A 芯片AD421
• 3.3 PCI 总线介绍
• 3.3.1 PCI 总线结构
• 3.3.2 PCI 总线信号定义
• 3.3.3 PCI 总线操作
• 3.4 PCI 电动阀控制卡硬件电路设计
• 3.4.1 PCI 总线设计介绍
• 3.4.2 PCI9052 接口电路
• 3.4.3 控制电路设计
• 3.4.4 AD421 外围电路
• 3.5 PCI 电动阀控制卡调试心得
• 3.6 本章小结
• 第四章 PCI 电动阀控制卡软件设计
• 4.1 PCI 电动阀控制卡配置
• 4.2 PCI 电动阀控制卡控制程序设计
• 4.3 控制卡驱动开发
• 4.3.1 WinDriver 体系结构
• 4.3.2 WinDriver 开发步骤
• 4.3.3 WinDriver 驱动程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于EMD 算法的ACM 低频振动信号分析
• 5.1 EMD 算法介绍
• 5.1.1 EMD 算法的提出
• 5.1.2 EMD 算法原理
• 5.1.2.1 Hilbert 变换及瞬时频率
• 5.1.2.2 本征模函数
• 5.1.2.3 EMD 分解步骤
• 5.1.2.4 EMD 分解算法验证
• 5.2 利用EMD 算法对ACM 振动信号的处理
• 5.2.1 EMD 滤波特性
• 5.2.2 EMD 在ACM 轴振动信号处理中的应用
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历及硕士期间科研成果