飛行器的大氣壓力系統(tǒng)是用來(lái)收集大氣氣流的全壓和靜壓信息,，并輸送給使用該信息的大氣數(shù)據(jù)儀表,、飛行控制系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)等設(shè)備和系統(tǒng)的裝置,。它收集的大氣壓力信息是否準(zhǔn)確,，系統(tǒng)是否良好，將直接影響到大氣數(shù)據(jù)儀表,、設(shè)備和系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性與正常性,。因此，對(duì)飛行器大氣壓力系統(tǒng)的檢測(cè)是至關(guān)重要的,。
　　在航空領(lǐng)域,，振筒式傳感器應(yīng)用十分廣泛，它具有如下特點(diǎn)：(1)輸出為頻率(周期)信號(hào),，無(wú)需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換便可方便地與數(shù)字系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)連接,，遠(yuǎn)距離傳輸中不易產(chǎn)生失真誤差導(dǎo)致的精度降低；(2)遲滯誤差和漂移誤差小,，具有很高的精度,、靈敏度和分辨率；(3)傳感器系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng),，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,，尤其適用于比較惡劣的工作環(huán)境。因此,，本文以振筒式壓力傳感器為核心設(shè)計(jì)了飛行器全靜壓檢測(cè)系統(tǒng),，并具體介紹了其激/拾振電路、溫度補(bǔ)償電路" title="補(bǔ)償電路">補(bǔ)償電路和測(cè)量顯示電路,。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
　　全靜壓檢測(cè)系統(tǒng)以80C51系列的PCF80C552微控制器為核心,，外圍電路主要由傳感器、F/D轉(zhuǎn)換器,、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,、顯示驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)電路及電源監(jiān)控電路等幾部分組成(見(jiàn)圖1)。PCF80C552有五個(gè)I/O口,，并集成有一個(gè)八通道10位的ADC和看門(mén)狗(WDT)電路,。控制器根據(jù)系統(tǒng)要求,，將輸入量解算為所需參數(shù),，并通過(guò)顯示器顯示。傳感器主要用于檢測(cè)大氣全壓和靜壓信息,，再經(jīng)F/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機(jī),。F/D轉(zhuǎn)換電路采用的是多路高速高精度專用集成電路FDC9201，它采用軟,、硬件測(cè)周法將高,、低頻計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)成循環(huán)計(jì)數(shù)器，分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)高頻脈沖和被測(cè)頻率的脈沖數(shù)進(jìn)行連續(xù)計(jì)數(shù),，保證同時(shí)取得高低頻數(shù),，且第i次和第i+1次都是在低頻脈沖的完整周期內(nèi)進(jìn)行采樣。軟件處理公式為：
　　T=N×t₀/n
　　式中,，T為周期,；N為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值；n為被測(cè)傳感器經(jīng)過(guò)的分頻數(shù),； t₀為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高頻時(shí)鐘周期的時(shí)間,，設(shè)計(jì)中采樣周期" title="采樣周期">采樣周期為52.4288ms。為了滿足不同精度和不同的實(shí)時(shí)性測(cè)量需求,，電路設(shè)置了周期控制器,，用編程的方法獲得不同的定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)采樣周期t。其公式為：
　　t=t₀×65536×2^b
　　式中,，b=1,，2，3,，4,。b可通過(guò)軟件設(shè)定，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合,，b取小值,；對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高但對(duì)精度要求高的場(chǎng)合，b取大值,。此外,，為減少因電源波動(dòng)造成的工作不穩(wěn)定，選用TL7705 AIP作為系統(tǒng)電源監(jiān)控器,。片外程序存儲(chǔ)器選用AMD27C128,，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用MCM6264,。顯示器采用16位真空熒光顯示器，避免顯示信息受照度和視角的影響,。下面詳細(xì)討論系統(tǒng)中傳感器激/拾振電路與溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),。
1.2 傳感器激/拾振電路
　　振筒式傳感器是利用自由振動(dòng)頻率與作用力(絕壓或壓差)的函數(shù)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)作用力的測(cè)量的。筒內(nèi)的激振" title="激振">激振線圈用于產(chǎn)生電磁激振力,，拾振線圈則感受內(nèi)筒的運(yùn)動(dòng)速度,。當(dāng)被測(cè)壓力輸入筒內(nèi)時(shí)，拾振線圈一方面直接檢測(cè)出隨壓力而變的振動(dòng)頻率,，并立即將該頻率信號(hào)送到放大和限幅器,；另一方面又不斷地把感應(yīng)電勢(shì)反饋到激振線圈，使內(nèi)筒以新的固有頻率維持振動(dòng),。可見(jiàn),，激/拾振電路設(shè)計(jì)的正確,、合理與否，直接關(guān)系到振筒的起振,、諧振和壓力檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,。
　　激/拾振電路是一個(gè)正反饋回路(圖2)，為振動(dòng)筒提供連續(xù)的激勵(lì)脈沖,。電路中L1為拾振線圈,，L2為激振線圈。OPA111BM的偏置電流低,、電壓偏移量低,、漂移率低、噪聲低,、共模抑制比高和開(kāi)環(huán)增益高等特點(diǎn),，有利于振筒在放大器固有噪聲電平的初始激勵(lì)下的起振和持續(xù)穩(wěn)定振動(dòng)。

　　調(diào)試激/拾振電路,，可實(shí)現(xiàn)電路的起振與諧振功能,，并使振筒在通電后能立即進(jìn)入并保持諧振狀態(tài)。在頻率計(jì)上觀察,，電路輸出為穩(wěn)定連續(xù)方波,， 頻率量值符合4kHz~7kHz的理論要求。此外,，電容C9在一定程度上決定了振筒式傳感器能否起振及其振動(dòng)的穩(wěn)定性,，C9值不同，傳感器的起振效果和穩(wěn)定性不同,。為保證振筒的正常工作,，本電路C₉值選為15pF。
1.3 溫度補(bǔ)償電路
　　溫度是傳感器系統(tǒng)最主要的干擾量，因?yàn)檎裢彩絺鞲衅鞯奶卣鲄?shù)和感應(yīng)系數(shù)受溫度影響嚴(yán)重,，尤其在以下兩個(gè)方面表現(xiàn)更為突出：(1)彈性模量E是決定傳感器輸出的主要因素之一,，而振筒材料的彈性模量E隨溫度變化而變化；(2)溫度對(duì)被測(cè)氣體密度ρ的影響無(wú)法避免,，密度ρ的變化造成振筒等效質(zhì)量與等效剛度的改變,。因此，設(shè)法消除溫度影響是提高測(cè)量精度的關(guān)鍵,。
　　電路中(圖3)溫敏元件選用硅PN結(jié)BLTS101,，利用其偏置電壓隨溫度變化的原理，可實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度測(cè)量和誤差補(bǔ)償,。BLTS101有足夠高的靈敏度和線性度,，環(huán)境溫度每升高1℃，其正向電壓下降約2mV,。此外,，其體積非常小，便于在狹小的空間內(nèi)安裝,。

　　電路中R13,、R14是可調(diào)電阻，用于零位和靈敏度調(diào)整,。改變LM108AH負(fù)反饋電阻R2的大小,，即可獲得所需要的BLTS101感溫靈敏度。此外,，還對(duì)溫度補(bǔ)償電路的輸出溫壓進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,，作為線性化電路的第二輸出量，并采用數(shù)據(jù)融合或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法,，進(jìn)行溫度誤差修正,，提高測(cè)量精度。溫度補(bǔ)償電路輸入輸出的仿真曲線如圖4所示,，從中可見(jiàn)輸入與輸出的線性度非常好,。