直升机发动机超转实验系统的测频设计

1 引言
直升机在飞行过程中出现某些极限情况会给直升机带来很大的风险,因此需要在地面上对直升机发动机超转等参数进行测试,检查直升机发动机工作的状况,提前排除发动机故障。因此需要研制一个的直升机地面模拟参数测试系统,它能在地面模拟直升机在飞行中可能遇到的情况,获得飞机的响应,并以此为依据制定飞行员应急预案,提高飞行的可靠性。其中一项是发动机转速倍频器,是针对一架2C发动机进行超转模拟试验,在某段转速频率内模拟一个突发两倍频率的发动机转速,机上电子系统对输入的倍频后的发动机转动频率进行数据采集,检查直升机对超转的反应。
由于直升机发动机启动后加速很快,频率变化很快,所以不能漏掉任何一个周期的测量,所以在此对频率的测量方法采用,等精度测频方法和双通道测频结合来保证转速测频精度和实时性。通过测频装置把从前端传感器得到的频率信号转换为相应的数字量。在此应用双通道测频率FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)更稳定更可靠。本文叙述原理和实现方法。

2 FPGA测频原理
传统频率测量的办法通常有两种[1],周期测频法适用于低频,直接测频法一般适用于高频。但是低频与高频之间的界限很模糊,测量不方便,局限性很大。因此在直接测频的基础上,发展了等精度测频法。等精度测频兼顾低频与高频测量,并且测量精度不变。
常规等精度测量频率是在被测信号前一个上升沿触发计数器计数使能,计数器开始计数,在下一个上升沿触发计数器停止计数。闸门时间不是固定值,而是被测信号周期的整数倍,即与被测信号同步,因此排除了对被测信号计数所产生的1周期误差,并且在整个测量频段的等精度测量。由于发动机加速比较快,频率变化快,在此对上方法做如下改进,测量半个周期来计算转速,进入FPGA后的信号分为两路,一路测量上升沿到下降沿的半个周期频率,另一路测量下降沿到上升沿的半周期频率[2],这样通过双路测频,而没有漏掉任何一个周期的频率测量,满足了实时性的要求。