PL189294B1

PL189294B1 - Miniature aerometric centre

Info

Publication number: PL189294B1
Application number: PL99334636A
Authority: PL
Inventors: Jacek Pieniążek; Michał Chłędowski
Original assignee: Politechnika Rzeszowska
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2005-07-29
Also published as: PL334636A1

Abstract

A miniature aerometric data control unit used especially on lightweight unmanned flying devices, which contains a transducer of differential pressure into voltage, a transducer of temperature into voltage with a resistance temperature probe, both connected to an a/d converter through amplifiers and a multiplexer which, in turn, is connected with the microprocessor of the computer connected with a digital transmission link; it also contains a static pressure transducer with a voltage signal amplifier. It is characterised in that the static pressure transducer (1) is connected, through the above-mentioned amplifier (4), with a differentiating circuit (11) with the following characteristics: G(s) = -K · s/(T1S + 1)(T2S + 1), where the cut-off frequency was selected according to the following dependence: ω = 1/T1 = 5 and an altitude corrector containing the circuit of the a/d converter (13) and the comparing circuit (12), which is in the form of a differential amplifier. In turn, these circuits are connected, through the multiplexer (7), with the a/d converter (8) and a microprocessor of the computer (9), which are connected with an autopilot via a digital transmission link (10).

Description

Przedmiotem wynalazku jest miniaturowa centrala aerometryczna stosowana zwłaszcza na lekkich bezzałogowych aparatach latających.The subject of the invention is a miniature air handling unit used especially on light unmanned aerial vehicles.

W aktualnie eksploatowanych samolotach i innych statkach powietrznych wyposażonych w autopiloty stosowane są centrale aerometryczne, których zadaniem jest bieżące ustalanie w locie wysokości standardowej barometrycznej, prędkości pionowej, prędkości instrumentalnej, prędkości rzeczywistej i liczby Macha.In currently operated airplanes and other aircraft equipped with autopilots, air centers are used, whose task is to continuously determine the standard barometric altitude, vertical speed, instrumental speed, real speed and Mach number in flight.

Wielkości ciśnienia statycznego, ciśnienia dynamicznego, temperatury powietrza, jako głównych parametrów niezbędnych do określenia wymienionych danych, są mierzone przy pomocy czujników i przekazywane do przetworników na napięcie lub częstotliwość, a następnie przeliczane przez moduł cyfrowy urządzenia. Wynik jest podawany przez cyfrowe łącze transmisyjne do autopilota. Określenie wysokości barometrycznej wymaga bardzo dokładnego pomiaru ciśnienia statycznego w klasie lepszej od 0,1 co przy aktualnie stosowanych centralach aerometrycznych daje dokładność jej określenia lepszą niż 8 m. W celu zagwarantowania takiej dokładności w przetwornikach ciśnienia stosuje się układy kompensacyjne temperatury czujnika, która może mieć istotny wpływ na końcowy rezultat ustalenia określonego parametru lotu.The values of static pressure, dynamic pressure, air temperature, as the main parameters necessary to determine the above-mentioned data, are measured by sensors and transferred to voltage or frequency converters, and then converted by the digital module of the device. The result is provided via the digital transmission link to the autopilot. Determining the barometric altitude requires a very accurate measurement of static pressure in a class better than 0.1, which in the case of currently used air handling units gives the accuracy of its determination better than 8 m. In order to guarantee such accuracy, sensor temperature compensation systems are used in pressure transmitters, which may be of significant importance. impact on the final result of establishing a specific flight parameter.

Wyżej opisane centrale aerometryczne, stosowane na statkach powietrznych z uwagi na ich gabaryty, stosunkowo duży ciężar oraz niezbędne instalacje zasilające nie mogą być stosowane w lekkich, bezzałogowych aparatach latających.The above-described air handling units, used on aircraft, due to their dimensions, relatively heavy weight and the necessary power supply installations, cannot be used in light, unmanned aerial vehicles.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji centrali-aerometrycznej posiadającej nie gorsze parametry od central stosowanych na dużych statkach powietrznych, ale zminiaturyzowanej oraz mogącej pracować w warunkach technicznych istniejących na lekkich bezzałogowych aparatach latających.The aim of the invention is to develop an air handling unit structure having parameters not inferior to those used on large aircraft, but miniaturized and capable of operating in the technical conditions existing on light unmanned aerial vehicles.

Miniaturowa centrala aerometryczna zawierająca: przetwornik ciśnienia różnicowego na napięcie, przetwornik temperatury na napięcie z sondą temperaturową rezystancyjną przyłączone do przetwornika analogowo-cyfrowego poprzez wzmacniacze oraz multiplekser, który z kolei połączony jest z mikroprocesorem przelicznika połączonego z cyfrowym łączem transmisyjnym, przetwornik ciśnienia statycznego ze wzmacniaczem sygnału napięciowego, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że przetwornik ciśnienia statycznego poprzez wymieniony wzmacniacz połączony jest z układem różniczkującym o charakterystyce G(s) = -K · s/(T]S + 1)(T₂S + 1), gdzie częstotliwość odcięcia została dobrana według zależności (o = 1/Tj ~ 5 oraz korektorem wysokości zawierającym układ przetwornika analogowo-cyfrowego i układ porównujący, który stanowi wzmacniacz różnicowy. Układ różniczkujący oraz korektorMiniature air-handling unit containing: a differential pressure to voltage converter, a temperature to voltage converter with a resistance temperature probe connected to an analog-to-digital converter through amplifiers and a multiplexer, which in turn is connected to a microprocessor of the converter connected to a digital transmission link, a static pressure converter with a signal amplifier voltage, according to the invention, is characterized in that the static pressure transducer is connected through said amplifier to a differentiating circuit with the characteristic G (s) = -K s / (T] S + 1) (T ₂ S + 1), where the frequency cut-off was selected according to the relationship (o = 1 / Tj ~ 5 and a height corrector including an analog-to-digital converter system and a comparator, which is a differential amplifier. Differentiator and equalizer)

189 294 wysokości poprzez multiplekser są połączone z przetwornikiem analogowo-cyfrowym i mikroprocesorem przelicznika, które są połączone z autopilotem poprzez cyfrowe łącze transmisyjne.189,294 altitudes are connected via a multiplexer to an analog-to-digital converter and a converter microprocessor, which are connected to the autopilot via a digital transmission link.

Centrala aerometryczna będąca przedmiotem wynalazku posiada małe gabaryty, a jej parametry techniczne w pełni gwarantują poprawną pracę w układzie sterowania lotem lekkich bezzałogowych aparatów latających. Zastosowanie w torze obróbki sygnału napięciowego przetwornika ciśnienia korektora wysokości o wyżej podanej konfiguracji umożliwiło istotne obniżenie wymagań na rozdzielczość przetwornika analogowo-cyfrowego. Również zastosowanie układu różniczkującego do pomiaru prędkości pionowej z filtrem dolnoprzepustowym o dobranym paśmie przenoszenia gwarantującym objęcie częstości występujących w widmie sygnału użytecznego dla rzeczywistych warunków lotu i równocześnie odcięcie szumów o wyższych częstotliwościach zapewnia odpowiednią dokładność uzyskanego wyniku. Zastosowanie tego układu eliminuje dotychczas stosowany w centralach aerometrycznych układ różniczkujący sygnał ciśnienia statycznego składający się z dużej puszki, kapilary i dodatkowego przetwornika ciśnienia, dzięki czemu między innymi udało się zminiaturyzować nowo opracowaną centralę aerometryczną.The air handling unit, which is the subject of the invention, has small dimensions, and its technical parameters fully guarantee correct operation in the flight control system of light unmanned aerial vehicles. The use of an altitude corrector with the above-mentioned configuration in the voltage signal processing path of the pressure converter allowed for a significant reduction in the resolution requirements of the analog-to-digital converter. Also, the use of a differentiating system to measure vertical speed with a low-pass filter with a selected transmission band ensuring that the frequencies occurring in the spectrum of the signal useful for real flight conditions are covered and, at the same time, the noise at higher frequencies is cut off ensures the appropriate accuracy of the obtained result. The use of this system eliminates the static pressure signal differentiating system used so far in air handling units, consisting of a large can, capillary and additional pressure transducer, thanks to which, among other things, it was possible to miniaturize the newly developed air handling unit.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu przedstawiono na rysunku w postaci schematu blokowego.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing in the form of a block diagram.

Jak to przedstawiono na rysunku, miniaturowa centrala aerometryczna zgodnie z wynalazkiem posiada przetworniki: 1 - ciśnienia statycznego p_s na napięcie, 2 - ciśnienia dynamicznego q = p_c - p_s na napięcie, gdzie p_c - ciśnienie całkowite oraz 3 - temperatury na napięcie, do których są podawane dane z czujników odpowiednio usytuowanych na płatowcu. Przetworniki 1, 2 i 3 są połączone ze wzmacniaczami 4, 5 i 6. Przetworniki ciśnienia dynamicznego 2 oraz temperatury 3 poprzez wspomniane wzmacniacze 5 i 6 oraz multiplekser 7 są przyłączone do przetwornika analogowo-cyfrowego 8 i mikroprocesora przelicznika 9, które są połączone z cyfrowym łączem transmisyjnym 10. Przetwornik 1 ciśnienia statycznego p_s poprzez wzmacniacz 4 jest połączony z układem różniczkującym 11 o charakterystyce opisanej transmitancją G(s) = -K • s/(TiS + 1)(T₂S + 1), gdzie K - współczynnik wzmocnienia, Ti - ustalona stała czasowa, T₂ - stała czasowa konstrukcyjna i częstotliwość odcięcia co = I/Tj « 5 oraz korektorem wysokości zawierającym układ przetwornika analogowo-cyfrowego 13 przetwarzającego wartość ciśnienia na zadanej wysokości oraz układ 12 w wymienionym korektorze wysokości porównujący to ciśnienie z ciśnieniem zadanym. Wymienione układy są połączone poprzez multiplekser 7 z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 8 oraz mikroprocesorem przelicznika 9.As shown in the figure, the inventive miniature air handling unit has the following converters: 1 - static pressure p _s to voltage, 2 - dynamic pressure q = p _c - p _s to voltage, where p _c - total pressure and 3 - temperature to voltage to which data from sensors appropriately located on the airframe are provided. Converters 1, 2 and 3 are connected to the amplifiers 4, 5 and 6. The dynamic pressure converters 2 and the temperature 3 via said amplifiers 5 and 6 and the multiplexer 7 are connected to the analog-to-digital converter 8 and the microprocessor of the converter 9, which are connected to the digital transmission link 10. The static pressure converter 1 p _s through the amplifier 4 is connected to the differentiator 11 with the characteristics described by the transmittance G (s) = -K • s / (TiS + 1) (T ₂ S + 1), where K - coefficient amplification, Ti - fixed time constant, T ₂ - construction time constant and cut-off frequency co = I / Tj «5 and an altitude corrector containing an analog-to-digital converter system 13 processing the pressure value at a given altitude and a system 12 in the said altitude corrector comparing this pressure with set pressure. The mentioned circuits are connected through the multiplexer 7 with the analog-to-digital converter 8 and the microprocessor of the converter 9.

Praca miniaturowej stacji centrali aerometrycznej przebiega analogicznie jak w dotychczas znanych i powszechnie stosowanych centralach aerometrycznych na statkach powietrznych. Rezultat pomiaru przez czujniki ciśnień: statycznego, dynamicznego oraz temperatury są przekazywane na przetworniki tych wielkości na napięcie, po czym wzmocniony sygnał w torze pomiaru ciśnienia dynamicznego i temperatury jest przekazywany poprzez multiplekser 7 na przetwornik analogowo-cyfrowy 8 i mikroprocesor przelicznika 9. Po odpowiednim przetworzeniu wyliczone dane z przelicznika 9 są podawane do autopilota przez cyfrowe łącze transmisyjne 10. Wynik pomiaru ciśnienia statycznego po wzmocnieniu i przetworzeniu w układzie różniczkującym 11 i porównaniu z ciśnieniem zadanym w układzie 12, podobnie jak wcześniej opisane parametry, jest podawany poprzez multiplekser 7 na przetwornik analogowo-cyfrowy 8 i mikroprocesor 9 i dalej poprzez cyfrowe łącze transmisyjne do autopilota.The operation of the miniature air handling unit is similar to that in the so far known and commonly used air handling units on aircraft. The result of the measurement by the pressure sensors: static, dynamic and temperature are transferred to converters of these quantities into voltage, and then the amplified signal in the dynamic pressure and temperature measurement path is transferred through the multiplexer 7 to the analog-to-digital converter 8 and the microprocessor of the converter 9. After appropriate processing the calculated data from the converter 9 are sent to the autopilot through the digital transmission link 10. The result of the measurement of the static pressure after amplification and processing in the differential system 11 and comparison with the pressure set in the system 12, similarly to the previously described parameters, is fed through the multiplexer 7 to the converter analogically - digital 8 and microprocessor 9 and further through the digital transmission link to the autopilot.

189 294189 294

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claim

Miniature air handling unit, used especially on light unmanned aerial vehicles, containing a differential pressure to voltage converter, a temperature-to-voltage converter with a resistance temperature probe connected to an analog-to-digital converter through amplifiers and a multiplexer, which in turn is connected to the converter microprocessor connected to a digital transmission link , a static pressure transducer with a voltage signal amplifier, characterized in that the static pressure transducer (1) is connected through the said amplifier (4) with the derivative circuit (11) with the characteristic G (s) = -K • s / (T] S + 1) (T ₂ S + 1), where the cut-off frequency was selected according to the relationship ω = 1 / Tj «5 and with a height corrector including an analog-to-digital converter system (13) and a comparator (12), which is a differential amplifier, in turn these systems are connected via a multiplexer (7) with an analog-to-digital converter ( 8) and the calculator microprocessor (9), which are connected to the autopilot via a digital transmission link (10).