飛機(jī)內(nèi)部導(dǎo)線會(huì)因?yàn)闄C(jī)齡，或?qū)λ⒆贤饩€、溫度、振動(dòng)和過載的影響，以及在正常使用和維修期間所受的應(yīng)力等老化問題。機(jī)齡超過20年的飛機(jī)肯定存在電線問題，其中許多問題是在例行機(jī)務(wù)維修期間發(fā)現(xiàn)的。

飛機(jī)電線的維修成本相當(dāng)高，據(jù)估計(jì)，中國每年在飛機(jī)電線系統(tǒng)排故和修理方面要花費(fèi)約180萬人工時(shí)。可見，要降低飛機(jī)電線故障維修成本，關(guān)鍵在于選用快速多功能測(cè)試儀表對(duì)電線故障進(jìn)行分析定位，從而減少飛機(jī)故障排除時(shí)間。

飛機(jī)電纜檢測(cè)儀器常用的有兩種：萬用表和專用測(cè)量儀器。利用兩者檢測(cè)故障均存在缺點(diǎn)：利用萬用表只能對(duì)一束電纜中的每根電線逐個(gè)測(cè)試，需要花費(fèi)許多時(shí)間，可靠性不高；一般的專用儀器采用有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ趯?duì)飛機(jī)電纜進(jìn)行測(cè)試的同時(shí)引入了大量的附加電纜，操作復(fù)雜。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種便攜式的飛機(jī)電纜檢測(cè)儀器，以便對(duì)機(jī)載系統(tǒng)線路進(jìn)行分析與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載設(shè)備故障和線路故障快速準(zhǔn)確的定位，本文對(duì)一種基于脈沖法的飛機(jī)電氣線路測(cè)試儀進(jìn)行了研究。

基于行播法的脈沖故障定位方法（略）

脈沖故障檢測(cè)法的原理是當(dāng)在故障電纜芯上加脈沖電壓時(shí)，發(fā)射的脈沖在傳輸線上遇到故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生反射，如果反射脈沖與發(fā)射脈沖的極性相同，表示故障性質(zhì)為斷線；如果極性相反，則表示接地故障，如圖1所示。本方法主要適用于電纜斷線故障和低電阻(l000Ω以下)接地故障。

圖1 脈沖故障定位示意圖

測(cè)試儀主要功能及工作原理

1、測(cè)試儀主要功能

便攜式飛機(jī)電纜智能測(cè)試儀系統(tǒng)采用無線發(fā)射、單片機(jī)控制與測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)電纜的自動(dòng)測(cè)試。其基本功能為：(1)快速檢查飛機(jī)電纜線路的通、斷、短等狀態(tài)。(2)對(duì)機(jī)載設(shè)備線路故障進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位。(3)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成檢測(cè)任務(wù)的自動(dòng)加載與檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳送，通過計(jì)算機(jī)軟件完成故障分析。

飛機(jī)線路測(cè)試儀的主要功能是對(duì)飛機(jī)電氣線路故障的快速測(cè)試，及定位。

2、線路測(cè)試儀的工作原理（略）

(1) 線路故障的定性檢測(cè)

飛機(jī)線路測(cè)試儀的基本功能即飛機(jī)線路的短路，斷路等故障的檢測(cè)定性分析。其基本原理是根據(jù)所反饋回的脈沖波形來確定故障類型。線路在不同故障下所反饋回的波形有所不同，具體見圖3。

(2) 多端線路的斷路篩選

多端線纜的篩選檢測(cè)是飛機(jī)線路測(cè)試儀的一個(gè)主要研究對(duì)象。其原理基本如下：主機(jī)通過適配器接在被測(cè)電纜的一端，各子機(jī)則由適配器連在被測(cè)電纜另一端的多個(gè)接頭上，如圖4所示。

系統(tǒng)工作時(shí)，主機(jī)將一個(gè)恒流源信號(hào)按一定時(shí)間間隔逐一施加在被測(cè)電纜的各導(dǎo)線上，同時(shí)向各子機(jī)發(fā)出“開始檢測(cè)”指令，子機(jī)接收到指令后開始檢測(cè)電纜各導(dǎo)線的通斷狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中。

待檢測(cè)完畢，各子機(jī)向主機(jī)發(fā)出“檢測(cè)完畢”信號(hào)，主機(jī)收到該信號(hào)后向子機(jī)發(fā)出“數(shù)據(jù)回傳”指令，子機(jī)將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)通過接收到的導(dǎo)線通斷狀態(tài)判斷被測(cè)電纜線路的狀態(tài)，同時(shí)決策是否啟動(dòng)斷纜測(cè)長電路，測(cè)量斷纜位置。

圖3 脈沖法故障檢測(cè)波形圖

圖4 多端線路檢測(cè)圖

(3) 線路故障定位

a、波速測(cè)定

欲知電纜故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離，須要知道脈沖波在電纜中的傳播速度。經(jīng)資料查詢精確測(cè)定出下述四種電力電纜的電波傳播速度為：油浸紙電纜：V=160m/μs；交聯(lián)乙烯電纜：V=172m/μs；不滴流電纜：V=160m/μs；聚氯乙烯電纜：V=184m/μs。由于脈沖波在電纜中的傳播速度只與電纜介質(zhì)有關(guān)，故將這四種常見的介質(zhì)電纜的傳播速度在本儀器中預(yù)置。使用時(shí)只需選擇出實(shí)際電纜的傳播速度即可。

b、脈沖法故障定位

線路故障定位主要指輸電線路和光纜線路，飛機(jī)線路測(cè)試儀要兼顧這兩種線路故障的定位，既要能夠準(zhǔn)確定位輸電線路故障同時(shí)也要能夠?qū)︼w機(jī)的一些光纜線路進(jìn)行故障定位。在系統(tǒng)對(duì)電纜檢查完畢后，如果主機(jī)從無線傳輸模塊接收到的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有斷路信號(hào)，便通過繼電器將斷線切換到斷纜測(cè)長電路，進(jìn)行斷點(diǎn)定位。斷路故障定位主要是利用電學(xué)中脈沖信號(hào)遇到斷路會(huì)產(chǎn)生回波這一原理設(shè)計(jì)的。

脈沖法故障定位就是當(dāng)在故障電纜芯上加一脈沖電壓時(shí)，發(fā)射的脈沖在傳輸線上遇到故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生反射。如果反射脈沖與發(fā)射脈沖的極性相同，表示故障性質(zhì)為斷線，如果極性相反，則表示接地故障。脈沖波往返的時(shí)間差

通過儀器的指示器示波系統(tǒng)表示出來，這樣便能迅速而又準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)與測(cè)量端之間的距離。

線路故障測(cè)試儀的主體設(shè)計(jì)思想

由于飛機(jī)線路分布范圍廣，往往是“一進(jìn)多出”，因此線路測(cè)試儀的構(gòu)造采用兩部分組成，即一臺(tái)主機(jī)、多分機(jī)及各種適配器一起組成，如圖5所示。

兩部分通過通信模塊進(jìn)行信息交換。主機(jī)進(jìn)行信號(hào)發(fā)出、信息存儲(chǔ)、分析和故障定位，分機(jī)則進(jìn)行信號(hào)接收、判斷線路通斷、儲(chǔ)存信息并把信息傳輸給主機(jī)，再由主機(jī)判斷是何故障并進(jìn)行故障定位。兩部分都由單片機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的智能化。

1、 主機(jī)部分

線路傳感器的主機(jī)主要由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、恒流源、線路故障篩選電路、斷纜測(cè)長電路、顯示屏、無線傳輸模塊PTR2000等組成，如圖6所示。嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成測(cè)試儀的控制部分，主要包括單片機(jī)程序、I/O（含定時(shí)器）等。系統(tǒng)將各個(gè)元件結(jié)合起來，進(jìn)行信號(hào)采集、存儲(chǔ)和計(jì)算等。

圖5 電纜檢測(cè)儀方框圖

圖6 主機(jī)方框圖

(1) 線路故障篩選電路

為了避免電纜上壓降損耗產(chǎn)生的測(cè)量誤差，系統(tǒng)的測(cè)試激勵(lì)選用恒流源，恒流源的核心元件為集成恒流源LM334，LM334是一個(gè)三端可調(diào)集成恒流源，采用金屬封裝，當(dāng)外部設(shè)定電阻R_set為10千歐，在的LM334輸人端施加27 V直流電壓時(shí)，在輸出端就能產(chǎn)生10 mA左右的電流。

(2) 斷路定位電路設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)對(duì)電纜檢查完畢后，如果主機(jī)從無線傳輸模塊接收到的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有斷路信號(hào)，便通過繼電器將斷線切換到斷纜測(cè)長電路，進(jìn)行斷點(diǎn)定位。斷路定位電路是根據(jù)電學(xué)中脈沖信號(hào)遇到斷路會(huì)發(fā)生反射設(shè)計(jì)的。

a、主電路設(shè)計(jì)

該電路利用程序控制I/O口產(chǎn)生一個(gè)寬度為4μs的負(fù)脈沖作為檢測(cè)的交流信號(hào)，在脈沖的下降沿啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；在脈沖的上升沿開放與非門U₁當(dāng)脈沖反射波返回來經(jīng)濾波放大后，變?yōu)橐粋€(gè)寬度為4μs的正向脈沖時(shí)，在脈沖的上升沿使定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，從而獲得脈沖在導(dǎo)線中的傳輸時(shí)間值，根據(jù)電磁信號(hào)在導(dǎo)線中的傳播速度，即可計(jì)算出斷線的位置，從而完成故障定位。如圖7所示。

b、脈沖電壓源設(shè)計(jì)

為了研究電纜低壓脈沖響應(yīng)，設(shè)計(jì)了實(shí)用的可調(diào)脈沖電壓源，電路原理如圖8所示。74LS123的A口與單片機(jī)P2.0口相連，74LS123的B和CLK端接高電平。當(dāng)脈沖發(fā)射按鈕按下后單片機(jī)(AT89C51)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中，使單片機(jī)P2.0口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓脈沖，則在74LS123的輸出端Q就會(huì)產(chǎn)生正脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行放大和跟隨，可以增加其帶負(fù)載能力。實(shí)際脈沖電壓上升時(shí)間小于40ns。

脈沖寬度計(jì)算近似公式為W=K*(R₄+R_p)*C,其中K為比例系數(shù)，一般取0.3～0.5之間。脈沖寬度由電阻R₁，進(jìn)行調(diào)節(jié)，脈沖寬度設(shè)置為4μs到9μs可調(diào)。

圖7 主測(cè)試電路圖

圖8 脈沖電壓源電路圖

2、分機(jī)部分

系統(tǒng)的分機(jī)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)包括：AT89C51單片機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、多路選通器、無線傳輸芯片、電源電路等。根據(jù)主機(jī)發(fā)出的指令，對(duì)多片多路數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成的輸入接口進(jìn)行巡檢，并且把巡檢數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)檢測(cè)完成后向主機(jī)發(fā)出“檢測(cè)完畢”指令；當(dāng)接收到主機(jī)發(fā)出的“數(shù)據(jù)回傳”指令后，各子機(jī)按照約定順序?qū)?shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳送給主機(jī)。

由于子機(jī)采用電池供電，所以在長時(shí)間使用的過程中電池的電壓會(huì)產(chǎn)生衰減，為此采用了BAWOS構(gòu)成的穩(wěn)壓電路對(duì)輸人電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理。

多段線路的篩選工作主要是由分機(jī)和主機(jī)共同完成的，主要包括信號(hào)采集、判斷、存儲(chǔ)與發(fā)送等。信號(hào)采集判斷主要由AT89C51來完成。這里擬定16個(gè)分機(jī)，即設(shè)16個(gè)信號(hào)采集點(diǎn)，信號(hào)通過前向通道分別進(jìn)入AT89C51的P1(0～7)和P2(0～7)，如圖9：

圖9 信號(hào)的采集判斷電路

由前向通道來的16路檢測(cè)信號(hào)直接進(jìn)入C51的P1和P2端，由單片機(jī)控制線路故障篩選和存儲(chǔ)，并把測(cè)試結(jié)果傳輸給主機(jī)。如果16位全導(dǎo)通則LED輸出“00”，如果有一根線路故障假設(shè)為第三根，則LED輸出“03”，從而完成線路故障的篩選任務(wù)。