本發(fā)明屬于航空燃油測量的，具體涉及一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)：

1、油位測量是飛機(jī)、汽車、輪船等各項交通運(yùn)輸?shù)囊豁椫匾ぷ魅蝿?wù)。目前，國內(nèi)的航空航天飛行器的油箱燃油液位測量中，廣泛應(yīng)用同軸金屬管電容式油位傳感器。同軸金屬管電容式油位傳感器是將傳感器的同軸金屬管內(nèi)嵌于油箱內(nèi)、與燃油接觸，利用空氣和燃油的介電常數(shù)不同，根據(jù)液位的變化從而輸出不同的電容值，存在重量大、需與燃油接觸等問題。同時傳感器安裝在油箱內(nèi)，還可能會引入多余物，以及燃油品質(zhì)的變化還將影響傳感器的輸出電容精度。

2、目前，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，其航空設(shè)備也在向著輕量化、一體化的方向發(fā)展。而傳統(tǒng)的同軸金屬管電容式油位傳感器體積重量大，一體化結(jié)構(gòu)融合程度低，不能滿足航空設(shè)備輕量化的要求，并且接觸式傳感器在航空燃油測量過程中，由于使用環(huán)境特殊，需要對表面做特殊處理，即使如此，精度和可靠性仍會隨使用時間加長而明顯降低，從而降低使用壽命，造成人力物力的浪費(fèi)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置及測量方法，旨在解決上述的問題。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式油位測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、耐久性高、無損傷等優(yōu)點。

2、本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，包括非金屬pcb基板層和金屬屏蔽層，所述非金屬pcb基板層靠近油箱的一側(cè)的兩端分別設(shè)置有感應(yīng)電極和工作電極，且非金屬pcb基板層的另一側(cè)設(shè)置有金屬屏蔽層，所述工作電極與金屬屏蔽層連接；所述感應(yīng)電極和工作電極相對的一側(cè)分別設(shè)置有若干個感應(yīng)電極手指和工作電極手指，所述感應(yīng)電極手指與工作電極手指呈指尖交叉狀交錯排列，相鄰工作電極手指之間設(shè)置有 n個感應(yīng)電極手指，且相鄰電極手指之間的間隔相等，以構(gòu)成指尖交叉?zhèn)鞲衅鳌?

4、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，所述感應(yīng)電極手指和工作電極手指的尺寸相同，且電極手指的長度為l、寬度為 w；相鄰電極手指之間的間隔為2g。

5、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，在l遠(yuǎn)大于 w，且 w遠(yuǎn)大于g的條件下，工作電極與感應(yīng)電極之間的電容值為：

6、，

7、其中：g為相鄰電極手指之間的間隔的一半；

8、εr為油箱壁的相對介電常數(shù)；

9、ε0為空氣介電常數(shù)；

10、 x為液位高度。

11、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，所述指尖交叉?zhèn)鞲衅鞯淖畲箅妶龃┩干疃葹椋?/p>

12、，

13、其中：g為相鄰電極手指之間的間隔的一半。

14、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，所述n等于3或者5；相鄰工作電極手指之間設(shè)置有3個或者5個感應(yīng)電極手指。

15、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，所述金屬屏蔽層為金屬覆銅層，所述非金屬pcb基板層的兩側(cè)分別設(shè)置有金屬覆銅層，并構(gòu)成雙面覆銅pcb基板；所述雙面覆銅pcb基板靠近油箱一側(cè)的金屬覆銅層蝕刻構(gòu)成尖交叉?zhèn)鞲衅鳌?/p>

16、為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，還包括屏蔽導(dǎo)線，所述工作電極和感應(yīng)電極分別通過屏蔽導(dǎo)線與上位機(jī)連接。

17、本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

18、一種航空油箱用非接觸式油位測量方法，基于上述的航空油箱用非接觸式油位測量裝置進(jìn)行，包括以下步驟：

19、步驟s1：將油位測量裝置安裝在油箱的外壁，將工作電極和感應(yīng)電極分別與外界電源激勵和采集電路相連，非金屬pcb基板層外側(cè)的金屬屏蔽層與工作電極相連；

20、步驟s2：通過電壓激勵使得指尖交叉?zhèn)鞲衅鳟a(chǎn)生電場；

21、分別對工作電極和感應(yīng)電極施加電壓激勵，使得工作電極相對于感應(yīng)電極連接到高電位交流勵磁，工作電極與感應(yīng)電極之間產(chǎn)生邊緣電場；

22、步驟s3：通過油位測量裝置輸出的電容值c1,n計算出液位高度。

23、本發(fā)明的有益效果如下：

24、（1）本發(fā)明在靠近油箱一側(cè)的設(shè)置idt傳感器，通過在工作電極和感應(yīng)電極上施加電位差產(chǎn)生邊緣電場，邊緣電場穿透油箱壁感應(yīng)復(fù)合材料油箱內(nèi)的油位變化，當(dāng)油位發(fā)生變化時，工作電極與感應(yīng)電極間的電容也隨之呈函數(shù)關(guān)系變化，該信號通過屏蔽導(dǎo)線與上位機(jī)相連，用于油位信號傳輸。本發(fā)明實現(xiàn)了非接觸式油位測量，且具有無損傷、可靠性高、耐久性高的優(yōu)點。

25、（2）本發(fā)明為非接觸式電容式油位測量方法，可進(jìn)行非金屬薄壁油箱的液位測量，對傳感器是無損傷的，可靠性和耐久性高；本發(fā)明的測量靈敏度高，輸出電容與液位變化為線性關(guān)系；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕，僅需指尖交叉的工作電極和感應(yīng)電極即可構(gòu)成電容器，其工作環(huán)境不受限于油箱特殊結(jié)構(gòu)，相較于內(nèi)嵌式的同軸金屬管電容式油位傳感器重量輕70%以上；本發(fā)明適用于一體化油箱，有助于航空裝備的一體化發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，包括非金屬pcb基板層（2）和金屬屏蔽層（1），所述非金屬pcb基板層（2）靠近油箱的一側(cè)的兩端分別設(shè)置有感應(yīng)電極（3）和工作電極（4），且非金屬pcb基板層（2）的另一側(cè)設(shè)置有金屬屏蔽層（1），所述工作電極（4）與金屬屏蔽層（1）連接；所述感應(yīng)電極（3）和工作電極（4）相對的一側(cè)分別設(shè)置有若干個感應(yīng)電極手指和工作電極手指，所述感應(yīng)電極手指與工作電極手指呈指尖交叉狀交錯排列，相鄰工作電極手指之間設(shè)置有n個感應(yīng)電極手指，且相鄰電極手指之間的間隔相等，以構(gòu)成指尖交叉?zhèn)鞲衅鳌?/p>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，所述感應(yīng)電極手指和工作電極手指的尺寸相同，且電極手指的長度為l、寬度為w；相鄰電極手指之間的間隔為2g。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，在l遠(yuǎn)大于w，且w遠(yuǎn)大于g的條件下，工作電極（4）與感應(yīng)電極（3）之間的電容值為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，所述指尖交叉?zhèn)鞲衅鞯淖畲箅妶龃┩干疃葹椋?/p>

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，所述n等于3或者5；相鄰工作電極手指之間設(shè)置有3個或者5個感應(yīng)電極手指。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，所述金屬屏蔽層（1）為金屬覆銅層，所述非金屬pcb基板層（2）的兩側(cè)分別設(shè)置有金屬覆銅層，并構(gòu)成雙面覆銅pcb基板；所述雙面覆銅pcb基板靠近油箱一側(cè)的金屬覆銅層蝕刻構(gòu)成尖交叉?zhèn)鞲衅鳌?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置，其特征在于，還包括屏蔽導(dǎo)線（5），所述工作電極（4）和感應(yīng)電極（3）分別通過屏蔽導(dǎo)線（5）與上位機(jī)連接。

8.一種航空油箱用非接觸式油位測量方法，基于權(quán)利要求1-7任一項所述的航空油箱用非接觸式油位測量裝置進(jìn)行，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種航空油箱用非接觸式油位測量裝置及測量方法，所述油位測量裝置包括非金屬PCB基板層和金屬屏蔽層，所述非金屬PCB基板層靠近油箱的一側(cè)的兩端分別設(shè)置有感應(yīng)電極和工作電極，且非金屬PCB基板層的另一側(cè)設(shè)置有金屬屏蔽層，所述工作電極與金屬屏蔽層連接；所述感應(yīng)電極和工作電極相對的一側(cè)分別設(shè)置有若干個感應(yīng)電極手指和工作電極手指，所述感應(yīng)電極手指與工作電極手指呈指尖交叉狀交錯排列，相鄰工作電極手指之間設(shè)置有n個感應(yīng)電極手指，且相鄰電極手指之間的間隔相等，以構(gòu)成指尖交叉?zhèn)鞲衅?。本發(fā)明實現(xiàn)了非接觸式油位測量，且具有無損傷、測量靈敏度高、可靠性高、耐久性高的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭芝莉,王美玲,杜昕鯤,張思宇,洪宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川泛華航空儀表電器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19