第5讲：大气数据计算机解析
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脉冲分配器
X1 X2 X3
传感器
传输门 综 合 电 路
晶体振 荡器
计数分 频器 时 钟 脉 冲
计数器
译码器
分路脉冲输出
传感器
传输门
传感器
传输门
（b）
（a）
时序型多路转换器
2018年10月21日12时32分
第17/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（三）
U入
锯齿波 发生器 关（下 降沿） 控制门 计数器
大气数据系统
（大气数据计算机） 刘瑞华 中国民航大学 电子信息工程学院
大气数据计算机系统：功能及要求
功能
测量静压、总压、总温以及参与修正作用的 攻角和气源误差，经过解算装置或计算机的 运算，输出大量的大气数据信息。
优势
减少大量的重复仪表和传感器 提高大气数据的计算精度 扩大测量系统的功能，提高系统可靠性
信号比 较器
数字量 输出
开测 启动
标准脉冲 零比 较器 开（上 发生器 升沿）
V/T式A/D转换
2018年10月21日12时32分 第18/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（四）
±UX -UR +UR 逻辑 控制
积分器
零比 较器
Uc U’x
时钟
译码 显示
U’c Uc
计数门
计数器
Ux
T1 T2 T’2
s 2 a
由于
a 2 kRT 且 M a
T !0.2M
V a
考虑到总温探头误差
2018年10月21日12时32分
第5/共45
大气数据计算机
组成
传感器测量
静压传感器、全压传感器、总温传感器、 攻角传感器等
具有可进行误差修正和补偿的解算装置 座舱指示、显示装置及信号输出装置
大气密度的解算
得
P0 Ps 由 0T0 sTs
Ps 0T0 s Ts P0
2018年10月21日12时32分
第4/共45
大气静温的解算
由 P P 1 2 k 1 k V1 1 V22 2 2 k 1 1 2 k 1 2 和 P RT
1 2 k 1 k V1 RT1 V22 RT2 2 k 1 2 k 1 若气流受阻，即 V2 0时， k 1 2 V1 2kR 2 Tt Ts !0.2 M a T2 T1 Tt
差动电容式压力测量原理 差压为零时，输出为零；差压不为零，输出电压的幅值 取决于差压的大小，相位取决于差压的正负。
2018年10月21日12时32分 第9/共45
电容量式压力传感器
将随压力变化的电容量变换成电压输出。
石英膜盒CP 参考电容CR 参考电压UR 放大器 固定的3KHz 激励电源UR 输出电压UOUT
振膜式压力传感器
在一定的压力范围内，在系统振动质量 一定时，谐振频率仅是压力P的函数。
2018年10月21日12时32分 第13/共45
全温探头
2018年10月21日12时32分
第14/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口
多路转换器
直流电压/数字转换 V-T式A/D转换 双积分式A/D转换 逐次逼近式A/D转换 交/直流转换原理 频率/数字转换原理 频率测量原理 周期测量原理 自整角机同步信号/数字转换 电阻/数字转换
UOUT=X P UR /XR X P ，XR 为被测可变 电容和标准参考电容的阻抗
2018年10月21日12时32分 第10/共45
传感器A/D转换回路
传感器测得信号在放大器输入端与D/A转换 器输出相减，电压差放大，经滤波解调变成 直流电压，用A/D转换后送入计算机，由计算 机对其积分，然后经D/A转换变成模拟量反馈 N P ’ 回放大器输入端，直至回路达到平衡。 1 速率符号
多 路 转 换 器
Fra Baidu bibliotek
S/H
A/D
输入信号的传输
2018年10月21日12时32分
第15/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（一）
二进制译码器
A B C D S0 S1
逻辑多路转 换器
2018年10月21日12时32分 第16/共45
数字式大气数据计算机-----输入接 口（二）
2018年10月21日12时32分
第6/共45
数字式大气数据计算机硬件结构
2018年10月21日12时32分
第7/共45
大气数据计算机：原始参数传感器
电容式压力传感器 压阻式压力传感器 振膜式压力传感器 总温传感器
第8/共45
2018年10月21日12时32分
数字式大气数据计算机-----原始 参数传感器（一）
t
双积分式A/D转换
双积分转换波形
2018年10月21日12时32分
第19/共45
双积分式A/D转换
工作过程三个阶段：采样阶段、比较阶 段、休止阶段 双积分式A/D转换器的特点：
对积分元件R、C及时钟脉冲的稳定性及准 确低要求低 对于对称的常模干扰信号，特别是工频干 扰信号有很强的抑制能力 测量速度慢
第3/共45
2018年10月21日12时32分
基本解算关系
高度的解算（见前述公式） 马赫数的解算（见前述公式） 指示空速的解算（见前述公式） 真空速的解算
72.1728 M a 1 0.2M
2 a
V M a a M a kRT 72.1728 M a Ts
Tt
1 S
校正存储器
压力传感器
UOUT
PS
A1 UD D/A
滤波器
解调 器
A/D K3
N
1
S
N2PS
参考电压UR
N
2
计算机
2018年10月21日12时32分
第11/共45
数字式大气数据计算机-----原始 参数传感器（二）
UR UOUT
压阻式压力传感器
2018年10月21日12时32分
第12/共45
2018年10月21日12时32分
第2/共45
大气数据计算机系统：功能及要求
对大气数据计算机系统的要求：
能利用所测参数计算大气数据信息，应具 有不同形式的输出信号 应具有误差修正功能、监控功能和故障告 警功能 应具有飞行前后的自检功能；故障诊断、 故障隔离功能 应具有快速方便地更换部件和机器的快速 拆装能力
2018年10月21日12时32分
第20/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（五）
U入
D / A转 换器 比较 器 锁存 器 INBUS0-3
逐次逼近 寄存器
锁存 指令 转换 完成
X1 X2 X3
传感器
传输门 综 合 电 路
晶体振 荡器
计数分 频器 时 钟 脉 冲
计数器
译码器
分路脉冲输出
传感器
传输门
传感器
传输门
（b）
（a）
时序型多路转换器
2018年10月21日12时32分
第17/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（三）
U入
锯齿波 发生器 关（下 降沿） 控制门 计数器
大气数据系统
（大气数据计算机） 刘瑞华 中国民航大学 电子信息工程学院
大气数据计算机系统：功能及要求
功能
测量静压、总压、总温以及参与修正作用的 攻角和气源误差，经过解算装置或计算机的 运算，输出大量的大气数据信息。
优势
减少大量的重复仪表和传感器 提高大气数据的计算精度 扩大测量系统的功能，提高系统可靠性
信号比 较器
数字量 输出
开测 启动
标准脉冲 零比 较器 开（上 发生器 升沿）
V/T式A/D转换
2018年10月21日12时32分 第18/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（四）
±UX -UR +UR 逻辑 控制
积分器
零比 较器
Uc U’x
时钟
译码 显示
U’c Uc
计数门
计数器
Ux
T1 T2 T’2
s 2 a
由于
a 2 kRT 且 M a
T !0.2M
V a
考虑到总温探头误差
2018年10月21日12时32分
第5/共45
大气数据计算机
组成
传感器测量
静压传感器、全压传感器、总温传感器、 攻角传感器等
具有可进行误差修正和补偿的解算装置 座舱指示、显示装置及信号输出装置
大气密度的解算
得
P0 Ps 由 0T0 sTs
Ps 0T0 s Ts P0
2018年10月21日12时32分
第4/共45
大气静温的解算
由 P P 1 2 k 1 k V1 1 V22 2 2 k 1 1 2 k 1 2 和 P RT
1 2 k 1 k V1 RT1 V22 RT2 2 k 1 2 k 1 若气流受阻，即 V2 0时， k 1 2 V1 2kR 2 Tt Ts !0.2 M a T2 T1 Tt
差动电容式压力测量原理 差压为零时，输出为零；差压不为零，输出电压的幅值 取决于差压的大小，相位取决于差压的正负。
2018年10月21日12时32分 第9/共45
电容量式压力传感器
将随压力变化的电容量变换成电压输出。
石英膜盒CP 参考电容CR 参考电压UR 放大器 固定的3KHz 激励电源UR 输出电压UOUT
振膜式压力传感器
在一定的压力范围内，在系统振动质量 一定时，谐振频率仅是压力P的函数。
2018年10月21日12时32分 第13/共45
全温探头
2018年10月21日12时32分
第14/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口
多路转换器
直流电压/数字转换 V-T式A/D转换 双积分式A/D转换 逐次逼近式A/D转换 交/直流转换原理 频率/数字转换原理 频率测量原理 周期测量原理 自整角机同步信号/数字转换 电阻/数字转换
UOUT=X P UR /XR X P ，XR 为被测可变 电容和标准参考电容的阻抗
2018年10月21日12时32分 第10/共45
传感器A/D转换回路
传感器测得信号在放大器输入端与D/A转换 器输出相减，电压差放大，经滤波解调变成 直流电压，用A/D转换后送入计算机，由计算 机对其积分，然后经D/A转换变成模拟量反馈 N P ’ 回放大器输入端，直至回路达到平衡。 1 速率符号
多 路 转 换 器
Fra Baidu bibliotek
S/H
A/D
输入信号的传输
2018年10月21日12时32分
第15/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（一）
二进制译码器
A B C D S0 S1
逻辑多路转 换器
2018年10月21日12时32分 第16/共45
数字式大气数据计算机-----输入接 口（二）
2018年10月21日12时32分
第6/共45
数字式大气数据计算机硬件结构
2018年10月21日12时32分
第7/共45
大气数据计算机：原始参数传感器
电容式压力传感器 压阻式压力传感器 振膜式压力传感器 总温传感器
第8/共45
2018年10月21日12时32分
数字式大气数据计算机-----原始 参数传感器（一）
t
双积分式A/D转换
双积分转换波形
2018年10月21日12时32分
第19/共45
双积分式A/D转换
工作过程三个阶段：采样阶段、比较阶 段、休止阶段 双积分式A/D转换器的特点：
对积分元件R、C及时钟脉冲的稳定性及准 确低要求低 对于对称的常模干扰信号，特别是工频干 扰信号有很强的抑制能力 测量速度慢
第3/共45
2018年10月21日12时32分
基本解算关系
高度的解算（见前述公式） 马赫数的解算（见前述公式） 指示空速的解算（见前述公式） 真空速的解算
72.1728 M a 1 0.2M
2 a
V M a a M a kRT 72.1728 M a Ts
Tt
1 S
校正存储器
压力传感器
UOUT
PS
A1 UD D/A
滤波器
解调 器
A/D K3
N
1
S
N2PS
参考电压UR
N
2
计算机
2018年10月21日12时32分
第11/共45
数字式大气数据计算机-----原始 参数传感器（二）
UR UOUT
压阻式压力传感器
2018年10月21日12时32分
第12/共45
2018年10月21日12时32分
第2/共45
大气数据计算机系统：功能及要求
对大气数据计算机系统的要求：
能利用所测参数计算大气数据信息，应具 有不同形式的输出信号 应具有误差修正功能、监控功能和故障告 警功能 应具有飞行前后的自检功能；故障诊断、 故障隔离功能 应具有快速方便地更换部件和机器的快速 拆装能力
2018年10月21日12时32分
第20/共45
数字式大气数据计算机-----输入 接口（五）
U入
D / A转 换器 比较 器 锁存 器 INBUS0-3
逐次逼近 寄存器
锁存 指令 转换 完成