某型飛機(jī)油量表系統(tǒng)綜合檢查儀的設(shè)計

周玉平 ，申江江 ，2，齊銀鵬

（1.海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041；2.海軍航空工程學(xué)院 航空訓(xùn)練基地，山東 青島 266109）

某型飛機(jī)油量表系統(tǒng)綜合檢查儀的設(shè)計

周玉平1，申江江1，2，齊銀鵬1

（1.海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041；2.海軍航空工程學(xué)院 航空訓(xùn)練基地，山東 青島 266109）

針對某型飛機(jī)油量表系統(tǒng)檢查效率低下的問題，基于自動檢測和原位檢測技術(shù)設(shè)計了一種油量表系統(tǒng)綜合檢查儀。該檢查儀采用模塊化設(shè)計，具有良好的人機(jī)接口，操作簡單，適合內(nèi)外場維修檢查人員使用。實(shí)踐表明該檢查儀能夠滿足油量表系統(tǒng)及各部件維修檢查需要，提高了工作效率。

油量表系統(tǒng)；綜合檢查儀；自動檢測；STM32

飛機(jī)燃料（一般為航空煤油或汽油）是飛機(jī)飛行的動力來源，飛行過程中剩余燃油量是限制飛行時間和作戰(zhàn)半徑的重要參數(shù)，因此飛機(jī)上普遍安裝有指示剩余燃油量的油量表，根據(jù)原理不同一般可以分為浮子式、電容式和葉輪式。某型飛機(jī)浮子杠桿式油量表系統(tǒng)部件多、信號交聯(lián)復(fù)雜，在實(shí)際使用中故障率和虛警率均較高。該油量表系統(tǒng)傳感器和指示器屬于精密機(jī)電組件，目前使用維修或定檢時主要依靠人工進(jìn)行檢查拆裝，效率十分低下，影響飛機(jī)完好性和出勤率。

自動測試及原位檢測技術(shù)是目前測試領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，利用智能儀器及自動化技術(shù)可以大大提高檢測的效率。本文設(shè)計的油量表系統(tǒng)綜合檢查儀能夠?qū)δ承惋w機(jī)浮子杠桿式油量表系統(tǒng)及其分離部件進(jìn)行綜合檢查，并具有滿足現(xiàn)場原位檢測、通用易用、綜合化多功能的特點(diǎn)[1-2]。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

油量表系統(tǒng)綜合檢查儀主要由計算機(jī)、通訊單元、STM32微控制器、自整角機(jī)模塊、AD模塊、控制切換模塊、程控逆變電源、顯示模塊、測速放大器（SF1）及伺服放大器（SF2）組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)以計算機(jī)為人機(jī)接口，通過測試儀內(nèi)部STM32微控制器、控制切換模塊等，分時控制不同油量表部件進(jìn)行激勵接通，對油量表傳感器、指示器及組件變換裝置的誤差及協(xié)調(diào)速度性能進(jìn)行檢查。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

測試儀系統(tǒng)采用模塊式分體結(jié)構(gòu)，方便外場組合、多層堆碼。固式計算機(jī)測控系統(tǒng)、STM32微控制器系統(tǒng)和一套專用電纜均安裝在2個安全箱內(nèi)的構(gòu)件槽里面。安全箱由美國Pelican公司生產(chǎn)，箱體外殼采用優(yōu)質(zhì)聚丙烯聚合物，其強(qiáng)度重量比要比普通鋁材高4倍，不會銹蝕，不產(chǎn)生靜電，安全性達(dá)到軍用標(biāo)準(zhǔn)[3]。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2.1 STM32微控制器

STM32微控制器：采用基于ARM公司的高性能Cortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器，是專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計。其具有 ADC、UART、SPI、IIC 等豐富外設(shè)，在 72 MHz時消耗電流36 mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機(jī)時下降到 2 μA[4-6]。

2.2 控制切換模塊

由于被檢設(shè)備型號多，為節(jié)省儀器成本，共享儀器資源（電源、顯示、角度轉(zhuǎn)換模塊等），設(shè)計了控制切換模塊，其核心是由繼電器構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，由計算機(jī)控制完成不同附件的電路轉(zhuǎn)換。繼電器工作電源與計算機(jī)電源利用光電耦合器、磁耦合等方式進(jìn)行隔離，保證系統(tǒng)工作的可靠性。圖2為一個控制切換單元的結(jié)構(gòu)圖。為增強(qiáng)繼電器工作可靠性，加入三極管增強(qiáng)驅(qū)動能力，加入續(xù)流二極管有效保護(hù)繼電器線圈[7-9]。

圖2 一個控制切換單元的結(jié)構(gòu)圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)角度測量裝置

在標(biāo)準(zhǔn)角度測量裝置中自整角機(jī)信號的發(fā)送與接收都是靠變壓器式同步隨動系統(tǒng)來完成的，要想模擬或測量同步器的輸入或輸出，必須實(shí)現(xiàn)自整角機(jī)/數(shù)字轉(zhuǎn)換，數(shù)字/自整角機(jī)的轉(zhuǎn)換[10-11]。

1）自整角機(jī)信號的接收：標(biāo)準(zhǔn)角度測量部件輸出的角度信號為自整角機(jī)信號（模擬量），輸入微控制器之前必須進(jìn)行自整角機(jī)信號與數(shù)字量間的轉(zhuǎn)換。采用ZSZ自整角機(jī)/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）將自整角機(jī)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，具有精度高、跟蹤速度快、高可靠性等特點(diǎn)，可滿足自整角機(jī)信號在數(shù)字采集處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。ZSZ轉(zhuǎn)換器原理圖如圖3所示。

圖3 ZSZ轉(zhuǎn)換器原理圖

2）自整角機(jī)信號的發(fā)送：改變傳統(tǒng)的同步發(fā)送器輸出自整角機(jī)信號的模式，采用SZZ數(shù)字/自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為自整角機(jī)信號，計算機(jī)控制方便，精度高。SZZ數(shù)字/自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器原理圖如圖4所示。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)變換放大裝置

測速放大電路（SF1）完成對測速反饋的誤差信號的放大，電路如圖5所示。伺服放大電路（SF2）完成對指示器隨動系統(tǒng)的誤差信號的放大，電路如圖6所示。

圖4 SZZ數(shù)字/自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器原理圖

圖5 測速放大電路（SF1）

圖6 伺服放大電路（SF2）

2.5 電源方案

1）單相正弦波逆變電源

單相正弦波逆變電源是檢查儀專用電源，主要針對油量表系統(tǒng)指示器和傳感器的特點(diǎn)和要求設(shè)計。電源在輸入直流27 V或市電220 V 50 Hz的情況下，通過內(nèi)部單片機(jī)和電源變換模塊的控制、變換、處理，可有效輸出單相115 V 400 Hz交流電。單相正弦波逆變電源由CPU智能控制中心、上位機(jī)控制接口、鍵盤顯示接口、電流電壓溫度采樣模塊、過流斷路保護(hù)模塊、光電隔離模塊、驅(qū)動電路、DC/DC及AC/DC電源模塊、IGBT模塊、濾波電路等組成[12]。單相正弦波逆變電源結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 單相正弦波逆變電源

2）SDC自整角機(jī)信號轉(zhuǎn)換器及計算機(jī)電源

為保證檢查儀計算機(jī)系統(tǒng)、SDC自整角機(jī)信號轉(zhuǎn)換器及繼電器等可靠供電，將輸入27 V電源經(jīng)DC/DC高精度變換模塊變?yōu)椤?5 V、5 V、12 V給內(nèi)部計算機(jī)系統(tǒng)、SDC自整角機(jī)信號轉(zhuǎn)換器及繼電器等供電[13]。檢查儀電源與計算機(jī)系統(tǒng)電源和控制切換模塊完全隔離，保證整個系統(tǒng)正常工作[14-15]。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

由于該檢查儀測試部件及檢測內(nèi)容多，系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計，每一部件的檢測均對應(yīng)一程序模塊。上電復(fù)位后，計算機(jī)首先初始化（自檢、設(shè)置參數(shù)等），當(dāng)初始化完成后顯示測試裝置提示符，此后處于等待狀態(tài)，由操作員通過觸摸屏（或鍵盤、鼠標(biāo)）操作，使計算機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)用各子程序模塊進(jìn)行檢測，主控程序流程如圖8所示。

圖8 主控程序流程

4 結(jié)束語

文中設(shè)計的油量表系統(tǒng)綜合檢查儀能夠完成對浮子杠桿式油量表系統(tǒng)及其分離部件進(jìn)行綜合檢查工作，可實(shí)現(xiàn)原位檢測，其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性高，操作簡便并具有標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠?qū)Χ喾N設(shè)備進(jìn)行檢測，提高了資源利用率，具有較好的推廣價值。

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Design of a combined fuel gauge system checking instrument for an aircraft

ZHOU Yu-ping1，SHEN Jiang-jiang1，2，QI Yin-peng1
（1.Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Branch，Qingdao 266041，China；2.Aeronautical Training Center of Naval Aeronautical Engineering Institute，Qingdao 266109，China）

In order to improve inspection efficience of an aircraft's fuel gauge system，a combined fuel gauge system checking instrument was designed based on auto-detecting and online-detecting technique.The system wad designed by modular technique with good human interface and simple operation，which is suitable for maintenance inspection inside oroutside.The instrument can reach maintenance and inspection demand of fuel gauge system and its parts，which can alse improve working efficience.

fuel gauge system； combined checking instrument； auto-detecting； STM32

TN79；TH89

A

1674－6236（2017）16-0065-03

2016-06-18稿件編號：201606123

周玉平（1963—），男，河北正定人，高級工程師。研究方向：儀表技術(shù)及飛參系統(tǒng)應(yīng)用。