航空電纜檢測(cè)中的技術(shù)應(yīng)用與分析

呂志召，朱鳳高，鄭卉婷

（中國(guó)人民解放軍第5720 工廠，安徽蕪湖 241000）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)通過(guò)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)思想的全面引入與科學(xué)運(yùn)用，構(gòu)建了以產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)制造、訂單多元處理、市場(chǎng)對(duì)接銷售、售后服務(wù)等為基本環(huán)節(jié)的航空產(chǎn)品生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)鏈條。尤其是C919 大飛機(jī)的研發(fā)成功，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)航空事業(yè)的深化發(fā)展。

現(xiàn)代飛機(jī)電氣系統(tǒng)由各個(gè)子系統(tǒng)共同構(gòu)成，作為基礎(chǔ)配套設(shè)施，子系統(tǒng)中的電纜在其中起著重要作用。而且，強(qiáng)電系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)程度越來(lái)越高，對(duì)航空電纜的質(zhì)量也提出了新要求。從當(dāng)前航空電纜檢測(cè)技術(shù)方面看，已經(jīng)由傳統(tǒng)時(shí)期的半自動(dòng)化檢測(cè)發(fā)展到了全自動(dòng)化檢測(cè)階段。尤其在新時(shí)期，“十四五”規(guī)劃建議提出數(shù)字化發(fā)展目標(biāo)之后，在該目標(biāo)牽引之下，航空電纜檢測(cè)正在向著智能化方向升級(jí)。

1 系統(tǒng)需求分析

現(xiàn)代飛機(jī)中應(yīng)用的電纜類型多樣、使用環(huán)境苛刻，容易發(fā)生故障，而人工電纜檢測(cè)方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易造成檢測(cè)失誤。所以，在新時(shí)期數(shù)字化發(fā)展目標(biāo)下，很有必要設(shè)計(jì)出能化解此類問(wèn)題的智能檢測(cè)系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)看，需要根據(jù)航空電纜的使用功能和性能，將檢測(cè)內(nèi)容定位在導(dǎo)通性、絕緣性、數(shù)據(jù)傳輸性等方面，并根據(jù)自動(dòng)化檢測(cè)目標(biāo)預(yù)設(shè)對(duì)通斷、直流與絕緣電阻、數(shù)據(jù)收發(fā)校驗(yàn)方面的檢測(cè)。尤其是在檢測(cè)控制方面，需要結(jié)合主檢測(cè)端、副檢測(cè)端、絕緣檢測(cè)端的無(wú)線化，來(lái)提高數(shù)據(jù)共享程度與檢測(cè)協(xié)作效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架

在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)中，主要包括系統(tǒng)功能、組成、智能檢測(cè)流程。

（1）系統(tǒng)功能主要包括主副檢測(cè)端與絕緣檢測(cè)端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、通信，主終端重點(diǎn)集中于解析待測(cè)電纜導(dǎo)通關(guān)系與阻值等測(cè)試數(shù)據(jù)規(guī)則并生成檢測(cè)電纜數(shù)據(jù)；副終端則根據(jù)主終端提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)，完成纜芯搭接與顯示，從而根據(jù)手持設(shè)備中的可視化交互功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后的數(shù)據(jù)采集及上傳。最后，由系統(tǒng)標(biāo)記檢測(cè)未通過(guò)線路。絕緣檢測(cè)端與主檢測(cè)終端的功能趨于一致。

（2）系統(tǒng)組成主要包括了導(dǎo)通與阻值檢測(cè)、絕緣檢測(cè)。例如，在主、副檢測(cè)終端劃分出功能模塊，主終端功能模塊由“待測(cè)電纜—導(dǎo)通檢測(cè)電路—高精度A/D 采樣—檢測(cè)終端ARM 控制板（嵌入式）—無(wú)線數(shù)據(jù)接口”之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成。絕緣檢測(cè)終端功能模塊，則在“高精度A/D 采樣—檢測(cè)終端ARM 控制板（嵌入式）—無(wú)線數(shù)據(jù)接口”之前，增加了絕緣檢測(cè)系統(tǒng)總線電路，借助總線電路連接了待測(cè)電纜、通道切換電路、絕緣測(cè)量電路、高壓產(chǎn)生電路、控制選擇電路。

（3）智能檢測(cè)流程方面，對(duì)于導(dǎo)通與阻值的檢測(cè)主要按照工段PC、主檢終端、副檢終端3 部分設(shè)置，工段PC 端先提供任務(wù)工單，并由主檢終端依據(jù)任務(wù)配置終羰、生成檢測(cè)流程，副檢終端接收流程完成后，配合主檢完成檢測(cè)。待主終端完成檢測(cè)并生成檢測(cè)結(jié)果后，將數(shù)據(jù)上傳到工段PC 端檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。智能電纜絕緣檢測(cè)流程按照工段PC 端與絕緣檢測(cè)終端兩大部分進(jìn)行設(shè)置，絕緣檢測(cè)終端根據(jù)工段PC 端提供的任務(wù)工單，依據(jù)任務(wù)配置終端生成檢測(cè)流程，進(jìn)入檢測(cè)開(kāi)始環(huán)節(jié)、生成檢測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果上傳到工段PC 端，完成檢測(cè)結(jié)果入庫(kù)。需要注意的是，智能電纜綜測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程中，雖然設(shè)計(jì)了智能化系統(tǒng)，但是在檢測(cè)操作實(shí)踐中仍然需要采用“在線檢測(cè)+現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)”的基本模式，以保障終端設(shè)備檢測(cè)與在線數(shù)據(jù)分析之間的關(guān)聯(lián)性（圖1、圖2）。

圖1 智能電纜導(dǎo)通和阻值檢測(cè)流程

圖2 智能電纜絕緣檢測(cè)流程

2.2 硬件選型

硬件選型以主檢測(cè)終端、副檢測(cè)終端、絕緣檢測(cè)終端為準(zhǔn)，主要包括：

（1）檢測(cè)探針：主終端為通斷檢測(cè)（直流阻值）探針和絕緣檢測(cè)探針；副終端為通斷檢測(cè)探針；絕緣檢測(cè)為絕緣電阻專用檢測(cè)線。

（2）終端主控板：WLT-120R-AM20 工業(yè)觸摸一體機(jī)。

（3）無(wú)線數(shù)傳模塊：HD-M805 Lora 板。

（4）導(dǎo)通檢測(cè)及電阻測(cè)量取樣模塊：取樣板PCB 自制；穩(wěn)壓模塊為穩(wěn)壓模塊以ANALOG DEVICE 的ADR01ARZ 10V 精密基準(zhǔn)電壓源芯片（美國(guó)）為準(zhǔn)。

（5）高精度A/D 模塊：YAV-USB-8AD 型號(hào)的A/D 轉(zhuǎn)換芯片。

（6）絕緣檢測(cè)模塊：JG3618 絕緣電阻檢測(cè)儀系列模塊。

2.3 軟件功能

軟件設(shè)置中按照功能需求設(shè)置了工段PC、主副檢測(cè)端軟件、絕緣檢測(cè)端軟件。

（1）工段PC 主要負(fù)責(zé)制作任務(wù)清單、發(fā)送任務(wù)工單、接收并存儲(chǔ)檢測(cè)結(jié)果。PC 端的界面可以實(shí)現(xiàn)登錄與注銷。

（2）主副檢測(cè)端軟件設(shè)置了8 項(xiàng)主要功能，分別為本機(jī)自檢、任務(wù)單解析、任務(wù)流程配置、無(wú)線數(shù)傳接口、檢測(cè)回路控制、指示燈提示音控制、檢測(cè)結(jié)果獲取、結(jié)果本地存儲(chǔ)與查詢等。其中，副檢測(cè)端軟件主要負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)流程配置，完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)中的通斷檢測(cè)與阻值檢測(cè)。

（3）絕緣檢測(cè)端軟件與主檢測(cè)端軟件功能趨于一致。檢測(cè)中采用繼電器矩陣實(shí)施兩兩檢測(cè)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)地絕緣檢測(cè)與纜芯間絕緣檢測(cè)。

2.4 軟件操作及檢驗(yàn)

2.4.1 軟件操作

軟件操作方面主要分為兩大部分，分別是導(dǎo)通和阻值檢測(cè)操作與絕緣檢測(cè)操作。

（1）在導(dǎo)通和阻值檢測(cè)操作方面的流程設(shè)置以工段PC 端、主檢測(cè)端、副檢測(cè)端為準(zhǔn)。在工段PC 端界登錄后，可以向主檢測(cè)端發(fā)送任務(wù)單。主檢測(cè)端開(kāi)機(jī)自檢完成后根據(jù)收到的任務(wù)單進(jìn)行解析，輸入副終端ID 啟動(dòng)對(duì)應(yīng)副終端。副終端完成開(kāi)機(jī)自檢后與主檢測(cè)端進(jìn)行交互，進(jìn)入到任務(wù)流程配置環(huán)節(jié)，根據(jù)任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 配置任務(wù)。副檢測(cè)端接收到任務(wù)流程后，執(zhí)行任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 中的通斷檢測(cè)、阻值檢測(cè)，并將任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 的檢測(cè)結(jié)果，傳遞給主檢測(cè)端，進(jìn)而上傳到工段PC 端，完成結(jié)果入庫(kù)，最后完成界面注銷。具體檢測(cè)中，操作者只需要以界面顯示中提示的信息，完成纜芯搭接便可完成操作。

（2）絕緣檢測(cè)端與主檢測(cè)端功能一致，因此在操作流程的設(shè)置方面基本一致，其中無(wú)須通過(guò)主檢測(cè)端與副檢測(cè)端的交互完成檢測(cè)。僅需要在工段PC 端界面登錄后，在絕緣檢測(cè)端開(kāi)機(jī)自檢測(cè)正常條件下，根據(jù)收到的任務(wù)單，進(jìn)行作任務(wù)單解析與任務(wù)流程配置，即可以完成對(duì)任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 的流程配置，并在任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 中，完成對(duì)地絕緣、纜芯間絕緣檢測(cè)。并將每項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果上傳到工段PC 端，完成結(jié)果入庫(kù)與注銷工作。

2.4.2 檢驗(yàn)

檢測(cè)內(nèi)容包括電路檢測(cè)和系統(tǒng)檢定，具體如下：

（1）電路檢測(cè)中包括了通斷檢測(cè)電路、阻值檢測(cè)電路、絕緣檢測(cè)電路。以通斷檢測(cè)電路為例，根據(jù)原理的不同，設(shè)置了兩套檢測(cè)方案：第一套方案根據(jù)纜芯正常導(dǎo)通與斷路情況，以恒壓源式檢測(cè)為準(zhǔn)；第二套方案以單線CAN 為準(zhǔn)（收發(fā)器選用MC33897，飛思卡爾公司生產(chǎn)）。

（2）阻值檢測(cè)電路中的按照測(cè)試電流與測(cè)試阻值之間的壓降關(guān)系為準(zhǔn)，采用了恒源兩線制檢測(cè)方案。

（3）絕緣檢測(cè)電路方面則根據(jù)纜芯對(duì)地絕緣與纜芯之間的絕緣情況，選擇了兩種檢測(cè)辦法。

例如，在沒(méi)有待測(cè)電路連接的情況下，可以根據(jù)R1、R2組成測(cè)量網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試校準(zhǔn)。在有待測(cè)電纜連接時(shí)，可以假定Ut為絕緣測(cè)試高壓、Uo為取樣電壓、RX為絕緣電壓，根據(jù)公式

當(dāng)絕緣測(cè)試高壓Ut為已知值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)取樣電壓Uo的測(cè)量，并得到絕緣電阻RX的具體數(shù)值。例如，當(dāng)Ut=500 V、R1=50 MΩ、R2=1 MΩ、RS=1 MΩ 時(shí)，根據(jù)上式可以得到。

在系統(tǒng)檢定方面本次研究中根據(jù)市場(chǎng)化的交易原則，通過(guò)要素市場(chǎng)配置資源的功能擬選擇中航工業(yè)631 研究所檢定室完成本次開(kāi)發(fā)方案的檢定。本次研究中設(shè)計(jì)的航空電纜智能綜測(cè)系統(tǒng)中的技術(shù)指標(biāo)，包括電纜導(dǎo)通測(cè)量、阻值測(cè)量、主副檢測(cè)端無(wú)線傳輸距離與通信速率、絕緣電阻測(cè)試范圍以及系統(tǒng)測(cè)試故障率。

3 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)期航空電子電氣技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了航空電纜技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，在飛機(jī)電氣各子系統(tǒng)中的電纜類型相對(duì)多元。由于電纜設(shè)置于深埋結(jié)構(gòu)之內(nèi)，當(dāng)短距離電能輸送與控制信號(hào)傳遞時(shí)，容易受到多重因素影響并發(fā)生故障。因此，在傳統(tǒng)人工檢測(cè)不能滿足實(shí)際檢測(cè)需求的條件下，需要在航空電纜檢測(cè)中設(shè)計(jì)智能檢測(cè)方案。通過(guò)以上初步分析可以看出，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，很有必要從故障診斷需求出發(fā)，精準(zhǔn)定位航空電纜檢測(cè)需求，并根據(jù)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方案，選擇匹配的硬件設(shè)備與軟件功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)航空電纜的智能化檢測(cè)目標(biāo)。

本方案自2020 年7 月完成電纜智能檢測(cè)樣機(jī)的工程設(shè)計(jì)方案到2021 年3 月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期開(kāi)發(fā)目標(biāo)，已經(jīng)獲得有效應(yīng)用。