飛機(jī)防火監(jiān)控測(cè)試設(shè)備校準(zhǔn)方法研究與實(shí)施

段晉濤，張衛(wèi)紅

（中航飛機(jī)股份有限公司，陜西 西安 710089）

防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備是用于檢測(cè)機(jī)載防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器的地面專用測(cè)試設(shè)備，該類測(cè)試設(shè)備性能的好壞直接影響著飛機(jī)的飛行質(zhì)量和安全。所以，只有保證該類地面測(cè)試設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足技術(shù)說明書的要求，保證其測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，最終才能保證飛機(jī)機(jī)載設(shè)備性能的質(zhì)量，保證整機(jī)的飛行安全。

由于目前沒有此類專用測(cè)試設(shè)備的國(guó)家檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范，因而無法實(shí)現(xiàn)此設(shè)備的日常校準(zhǔn)和量值溯源，無從保證該類專用測(cè)試設(shè)備的計(jì)量特性。鑒于專用測(cè)試設(shè)備研制要求的獨(dú)特性和專用性，目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)也沒有能對(duì)其參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)的部門和可依據(jù)的規(guī)程、規(guī)范等，因此開展此類測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)研究很有必要。

1 功能與組成

防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備通過測(cè)試電纜與機(jī)載產(chǎn)品相連，為裝機(jī)產(chǎn)品提供各種輸入信號(hào)，并接收裝機(jī)產(chǎn)品輸出的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和信號(hào)轉(zhuǎn)換盒的功能驗(yàn)證及性能測(cè)試。

電路組成：該測(cè)試設(shè)備是由PC104 硬件平臺(tái)、AD/DA采集模塊、I/O 模塊、串口模塊等組成，用于實(shí)現(xiàn)與信號(hào)轉(zhuǎn)換器的2 路RS422 通訊，調(diào)整DA 輸出放大線路改變電壓輸出變化，控制AD 采集輸入直流電壓。

外圍電路：轉(zhuǎn)換電路、模擬信號(hào)輸出、壓力傳感模擬信號(hào)等，用于為信號(hào)轉(zhuǎn)換器和檢查儀內(nèi)部各部分電路提供所需的工作電源和模擬溫度信號(hào)、壓差信號(hào)、放大信號(hào)，以及產(chǎn)生壓力信號(hào)基準(zhǔn)。

2 工作原理分析

防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備是以PC104 嵌入式計(jì)算機(jī)為核心，通過DA 模塊和放大電路產(chǎn)生0～80 mV 電壓信號(hào)，由軟件選擇控制DA 輸出的大小，再通過硬件電路疊加上14 V 基準(zhǔn)信號(hào)電壓，模擬產(chǎn)生壓差信號(hào)；通過AD 模塊采集信號(hào)轉(zhuǎn)換器的各種模擬量信號(hào)；以RS422 格式數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與信號(hào)轉(zhuǎn)換器的通信，接收信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)量或者為信號(hào)轉(zhuǎn)換器提供不同的工作指令；檢測(cè)軟件顯示接收到的數(shù)據(jù)和采集到的信號(hào)。溫度信號(hào)的模擬通過波段開關(guān)使用固定電阻模擬產(chǎn)生不同的6 個(gè)溫度點(diǎn)；壓力信號(hào)通過調(diào)節(jié)面板上的調(diào)節(jié)點(diǎn)電位計(jì)來模擬產(chǎn)生0～29 V 的壓力信號(hào)；通過軟件控制接收信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的溫度告警信號(hào)以及產(chǎn)生17 路不同的告警信號(hào)，提供給信號(hào)轉(zhuǎn)換器并在軟件界面顯示狀態(tài)。通過觀察檢測(cè)軟件界面上數(shù)值是否滿足規(guī)定的誤差，以及開關(guān)信號(hào)狀態(tài)的一致性，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和信號(hào)轉(zhuǎn)換盒的性能。

3 計(jì)量特性的分析

了解測(cè)試設(shè)備的原理和組成，由其實(shí)現(xiàn)的功能分析出測(cè)試設(shè)備的信號(hào)種類為：模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)和電源信號(hào)。經(jīng)過對(duì)設(shè)備信號(hào)交互方式的分析，既有輸入信號(hào)，也有輸出信號(hào)，得出有模擬量采集信號(hào)、模擬量輸出信號(hào)、開關(guān)量采集信號(hào)、開關(guān)量輸出信號(hào)等4 種工作方式的信號(hào)。因此，應(yīng)從這4 種工作信號(hào)出發(fā)，逐一進(jìn)行量值溯源的分析和論證，找出其計(jì)量特性需求。

通過對(duì)線路比較與分析，找到各種信號(hào)的輸入、輸出端口，利用校準(zhǔn)試驗(yàn)室現(xiàn)有的數(shù)字多用表、三用表校驗(yàn)儀以及自制恒流源線路工裝來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。在實(shí)施校準(zhǔn)中遇到的難點(diǎn)是在模擬量溫度信號(hào)輸出校準(zhǔn)時(shí)，需要制作一個(gè)2 mA 的高精度恒流源，以保證溫度模擬量輸出校準(zhǔn)的精度要求。這個(gè)恒流源主要目的是用來提高溫度測(cè)量回路的輸出精度，使被校準(zhǔn)的產(chǎn)品輸出端有較穩(wěn)定的電壓輸出值。因此，為了能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的校準(zhǔn)，需要設(shè)計(jì)、制作一個(gè)2 mA恒流源工裝來協(xié)助校準(zhǔn)工作的實(shí)現(xiàn)。其由輸入級(jí)和輸出級(jí)構(gòu)成，輸入級(jí)提供參考電流，輸出級(jí)輸出需要的恒定電流。該恒流源工裝精度可達(dá)0.001 mA，這里利用晶體三極管集電極電壓變化對(duì)電流影響小，并在電路中采用電流負(fù)反饋來提高輸出電流的恒定性和穩(wěn)定性，充分保證了校準(zhǔn)時(shí)的精度要求。

3.1 模擬量的采集

該測(cè)試設(shè)備能采集來自機(jī)載產(chǎn)品信號(hào)轉(zhuǎn)換器和信號(hào)轉(zhuǎn)換盒的4 路模擬信號(hào)，采集電壓范圍為0～33 V。當(dāng)輸入的滑油壓力傳感器電源信號(hào)電壓在（28±0.1）V 范圍內(nèi)，滑油壓力傳感器電源顯示為正常；當(dāng)輸入的磁性屑末傳感器電源信號(hào)電壓在（28±2.8）V 范圍內(nèi)，磁性屑末傳感器電源為正常。鑒于這一測(cè)試特性，查找對(duì)應(yīng)傳感器上的線路構(gòu)成，定位線路圖中對(duì)應(yīng)模塊的接線，在所定義的信號(hào)管腳上分別加入0～33 V 直流電壓，當(dāng)電壓在（28±0.1）V 范圍內(nèi)時(shí)，滑油壓力傳感器電源信號(hào)顯示為正常。同理，在定義的信號(hào)管腳上加0～33 V 電壓，當(dāng)電壓在（28±2.8）V 范圍內(nèi)時(shí)，磁性屑末傳感器電源信號(hào)為正常。

3.2 模擬量的輸出

測(cè)試設(shè)備能輸出并測(cè)量給產(chǎn)品的8 路模擬量信號(hào)，該信號(hào)分別為左、右2 路溫度信號(hào)，左、右2 路壓差信號(hào)，4 路壓力信號(hào)。依據(jù)線路圖分析，它是通過軟件控制固定電阻模擬轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)溫度改變，從而得出溫度的輸出值。因此，在所定義的被測(cè)量管腳之間接入被測(cè)信號(hào)，利用自制的2 mA恒流源工裝模塊，在測(cè)試軟件的“自模擬主要參數(shù)顯示”框中顯示左氣心泵壁溫應(yīng)在-55～206 ℃范圍內(nèi)變化，由波段開關(guān)控制。用數(shù)字多用表分別測(cè)試出定義的被測(cè)量管腳之間在不同溫度值對(duì)應(yīng)的電壓實(shí)測(cè)值。

3.3 開關(guān)量的采集和輸出

測(cè)試設(shè)備能檢測(cè)輸入的3 路開關(guān)量信號(hào)，信號(hào)（28±2.8）V 有效，能夠輸出17 路開關(guān)量點(diǎn)亮顯示屏上的狀態(tài)燈，其中 9 路信號(hào)為（24±2.4）V 有效，8 路（0±2.4）V 有效，每一路的電流不小于5 mA。因此，對(duì)于采集器可用三用表校驗(yàn)儀模擬輸入（28±2.8）V 電壓，來模擬測(cè)試界面上對(duì)應(yīng)左右發(fā)氣心泵壁溫告警信號(hào)燈有效狀態(tài)為紅色的試驗(yàn)。而對(duì)于開關(guān)量的輸出，可直接用三用表的紅表筆測(cè)量輸出對(duì)應(yīng)引腳上有9 路24 V 和8 路0 V 電壓來實(shí)現(xiàn)。

4 校準(zhǔn)方法的實(shí)施

明確了被校準(zhǔn)的項(xiàng)目后，結(jié)合已有的標(biāo)準(zhǔn)儀器和環(huán)境條件，根據(jù)GJB 5539—2006 的要求選擇滿足量值溯源的標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行量值傳遞工作。對(duì)于軍工產(chǎn)品應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)儀器與被校設(shè)備的測(cè)量不確定度比不低于4∶1 這一原則，校準(zhǔn)方法的實(shí)施如下。

模擬量采集的檢查：打開防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備工作電源，啟動(dòng)“防火監(jiān)控器機(jī)上模擬測(cè)試”進(jìn)入“模擬測(cè)試”界面，分別在信號(hào)輸入管腳上加入0～33 V 電壓，當(dāng)電壓在（28±0.1）V 范圍內(nèi)，滑油壓力傳感器電源信號(hào)顯示為正常。

溫度信號(hào)輸出的校準(zhǔn)：?jiǎn)?dòng)“防火監(jiān)控器及信號(hào)轉(zhuǎn)換器監(jiān)測(cè)軟件”進(jìn)入“轉(zhuǎn)換器檢測(cè)”界面，在信號(hào)輸入管腳之間加載自制的2 mA 恒流源，檢測(cè)軟件的“自模擬主要參數(shù)顯示”框中顯示左氣心泵壁溫應(yīng)為-55～206 ℃范圍內(nèi)變化。用數(shù)字多用表分別測(cè)試信號(hào)輸出管腳之間，在不同溫度值對(duì)應(yīng)的電壓實(shí)測(cè)值。在溫度測(cè)試管腳之間加2 mA 恒流源，檢測(cè)軟件的“自模擬主要參數(shù)顯示”框中顯示右氣心泵壁溫應(yīng)為-55～206 ℃范圍內(nèi)變化。

壓力信號(hào)輸出的校準(zhǔn)：進(jìn)入“轉(zhuǎn)換器檢測(cè)”界面，點(diǎn)擊“壓力信號(hào)模擬框”中的左輸出，對(duì)應(yīng)的“自模擬主要參數(shù)顯示”框中將顯示采集結(jié)果，在被測(cè)信號(hào)管腳之間用數(shù)字多用表測(cè)試電壓值。

壓差信號(hào)的檢查：在“轉(zhuǎn)換器檢測(cè)”界面，用數(shù)字多用表的紅表筆分別接被測(cè)信號(hào)管腳，黑表筆接在測(cè)量插座的“地”上。調(diào)節(jié)面板上左右壓差對(duì)應(yīng)旋鈕，輸出引腳上電壓應(yīng)在0～29 V 之間變化。

開關(guān)量的采集：進(jìn)入“模擬測(cè)試”界面，分別在被測(cè)信號(hào)管腳加上（28±2.8）V 電壓，模擬測(cè)試界面上對(duì)應(yīng)左右發(fā)氣心泵壁溫告警信號(hào)燈有效狀態(tài)為紅色。在信號(hào)輸入腳之間加（28±2.8）V 電壓，檢查面板上“機(jī)上28 V 電源指示”燈應(yīng)點(diǎn)亮。

開關(guān)量輸出的校準(zhǔn)：在“模擬測(cè)試”界面，逐一點(diǎn)擊“17路開關(guān)模擬”框中對(duì)應(yīng)按鈕，用三用表的紅表筆測(cè)量輸出對(duì)應(yīng)引腳上有9 路24 V 和8 路0 V 電壓，每一路電流不小于5 mA；黑表筆接到測(cè)量插座的“地”上。校準(zhǔn)完畢安全關(guān)閉各路電源。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備校準(zhǔn)項(xiàng)目中模擬量采集、溫度信號(hào)輸出、壓力信號(hào)輸出、壓差信號(hào)的檢查、開關(guān)量的采集、開關(guān)量輸出等項(xiàng)目進(jìn)行了分析與研究，建立了可行的實(shí)施方案，該校準(zhǔn)方法不僅解決了防火監(jiān)控信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)備校準(zhǔn)的問題，也為同類專用測(cè)試設(shè)備提供了可借鑒的校準(zhǔn)項(xiàng)目的分析思路和研究方法，以及為編制相應(yīng)的校準(zhǔn)依據(jù)提供了參考。