輪速傳感器旋轉測試器現場校準方法

謝 靜 呂 偉 顧仁碗 高 穎

輪速傳感器旋轉測試器現場校準方法

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本文針對ARJ21-700飛機機輪輪速傳感器旋轉測試器現場校準方法進行了探討，并給出了測量結果的不確定度。

機輪輪速是飛機起飛和著陸滑行過程中一個非常重要的參數。安裝在飛機主輪軸內的輪速傳感器測得的機輪輪速信號傳遞給飛機內部控制系統，以便于飛行員在起飛或著陸滑行過程中更加安全高效地操控飛機。比如飛機在中止起飛、降落滑跑過程中，需要實時采集輪速信號傳遞給剎車控制器（BCU）進行計算處理，使自動剎車系統實現最大剎車效率，從而減少飛機滑跑距離。在ARJ21-700飛機進行地面重大試驗、起落架系統或剎車系統排故時，需要輪速信號以模擬實現飛機在地面動態滑跑時的狀態。這就需要一種設備可以驅動輪速傳感器，而輪速傳感器旋轉測試器就可以實現這樣的功能，它是ARJ21-700飛機專用測試設備，在地面維護時，可在特定轉速范圍內驅動安裝在飛機起落架輪軸內輪速傳感器，向飛機提供輪速信號，以檢查飛機起落架系統、剎車系統的性能及飛機內部的控制是否正常。

輪速傳感器旋轉測試器參與量值傳遞，它的測量準確度，對飛行安全至關重要，因此必須定期校準。由于該設備體積大，質量重，不便送至實驗室校準，因此必須進行現場校準。由于目前國內沒有現成的規程規范可借鑒，必須根據系統的工作原理和工裝接口來制定系統的整體校準方法。

系統組成與工作原理

系統組成

輪速傳感器旋轉測試器主要由主控制器、遙控控制器和四個旋轉器組成。它既可以單獨檢測每只機輪，也可以同時檢測四只機輪，在控制器上的觸摸屏上可方便地通過軟鍵盤設定及改變旋轉器轉速，從而達到控制機輪的轉速。機輪上的轉速傳感器再將轉速信號傳送給主控制器，主控制器計算后顯示機輪轉速值。

整個系統以抽屜推拉形式封裝在一個底部有滑輪的長方體機箱中。觸摸屏、控制部分及電路安裝在上抽屜。四個伺服電機是獨立封裝的，安放在下抽屜中，采用電線線纜以航空插接件與機箱連接，可在10米范圍內對飛機機輪進行測試。

工作原理

觸摸屏上集成了控制伺服電機轉速和顯示輪速傳感器轉速值的綜合功能，通過PLC控制伺服放大器驅動伺服電機，電機的實際轉速由數據采集模板反饋給PLC，通過閉環控制，使實際轉速與設定轉速達到一致。

如圖1所示，通過PLC編程在伺服放大器內設定所需的電機速度，電機裝備有一個每轉能發出一定數量脈沖的數字編碼器，編碼器能測出電機的實際轉速，把電機的實際轉速不斷地與電機的設定轉速相比較，根據比較獲得的差值，調節伺服放大器的輸出，控制伺服電機達到設定速度。通過這種閉環控制的方式減小控制誤差，提高轉速控制的準確性和可靠性。

校準項目與方法

圖1　速度控制原理圖

根據使用需求和現場條件，進行校準項目為轉速示值基本誤差校準。該設備轉速測量范圍為（0～4500）r/min，準確度等級為0.5級（小于200r/min時+1轉）。所用校準設備為轉速頻率儀，其測量范圍為（8～120000）r/min，準確度為1×10-5。

將光電探頭分別對準其它三個旋轉器反光膜進行校準，重復d）、e）的步驟。

圖2　轉速校準原理框圖

校準項目

外觀檢查

用目視法。輪速傳感器旋轉測試器外觀檢查項目如下：

設備表面無明顯損傷及變形；

顯示面板干凈整潔，不應有明顯的劃傷、掉漆及污漬；

電源電纜外表無破損及老化現象，電纜插頭清潔，無氧化及變形；

旋轉器外殼工裝接口處無臟污。

通電檢查

通電檢查步驟如下：

確認電源開關處于關閉位置；

插上220V電源線；

根據機柜及電纜線上的標識分別把旋轉器及遙控控制器與機柜連接；

打開電源按鈕，啟動儀器，檢查確認各觸摸鍵工作的正常性；

在100r/min、2000r/min、4500r/min進行試運轉檢查。

轉速示值基本誤差校準

轉速示值基本誤差校準采用比較法。用轉速頻率儀作為轉速標準，通過光電探頭，采集旋轉器的轉速信號，經轉速頻率儀內部電路處理，直接獲得被測轉速的實測值，與觸摸屏上的設定值進行比較，計算設定轉速點的基本誤差。轉速示值校準原理框圖見圖2。

校準方法

設置

經過外觀檢查和通電檢查，進入示值基本誤差校準。開機后出現主界面，選擇單控模式。根據轉速范圍，轉速校準點選擇為：100r/min、500r/min、800r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、3000r/min、4500r/min。

轉速校準方法

轉速校準步驟如下：

將反光膜貼在四個旋轉器外殼工裝接口；

接通轉速頻率儀電源，使其處于轉速測量狀態；

按下光電探頭電源開關，將光電探頭對準反光膜；

在數字鍵盤上輸入轉速值，按下Enter鍵，再按下啟動鍵；

待轉速頻率儀及被校設備運行正常后，按下轉速頻率儀P（Ⅱ）鍵，轉速頻率儀進行測量、采集并保存數據，測量結束后給轉速頻率儀輸入相應的轉速設定值；再按P（Ⅱ）鍵，轉速頻率儀可計算出轉速絕對誤差并打印出來；

校準結果的處理與表達

校準結果的處理

將頻率儀輸出的絕對誤差除以轉速設定值得出轉速相對誤差，進行判斷，并給出結論。

由于各校準點相對誤差均小于0.5%，故該系統滿足0.5級技術指標要求。

校準結果的表達

校準結果以校準值和不確定度的形式給出。

不確定度的評定

建立數學模型

被測輪速傳感器旋轉測試器的示值誤差由式（1）得到：

式中：

rm— 輪速傳感器旋轉測試器設定轉速值， r/min；

rs— 轉速頻率儀測量的平均值，r/min。

標準不確定度的主要來源

標準不確定度主要由被校旋轉器轉速和轉速頻率儀的不準確引入的。

被校旋轉器的轉速引入的標準不確定度通過轉速頻率儀的重復測量體現出來。采用對觀測列進行統計與分析的方法，來評定測量重復性引入的標準不確定度分量

測量列的單次（一次）實驗標準偏差S用貝塞爾法計算如式（2）：

式中：

n — 在同一測量點上的測量次數，取10；

rsi— 在同一測量點上各次測量的轉速值，（r/ min）。測量列的平均值的實驗標準偏差可按式（3）計算：

則測量重復性引入的標準不確定度分量按式（4）計算：

采用B類方法進行評定。根據轉速頻率儀校準證書的信息，轉速頻率儀測量準確度為1×10-5。認為是均勻分布，包含因子

式中：

合成標準不確定度的評定靈敏系數

各標準不確定度分量匯總

將計算好的各標準不確定度分量的值填入表1中。

表1　各標準不確定度分量匯總表

合成標準不確定度的計算

由于各分量彼此相互獨立，合成標準不確定度的方差可按下式（6）得出：

合成標準不確定度的有效自由度按式（7）計算：

取整后有效自由度估算為50。

擴展不確定度

5.3.5相對擴展不確定度

相對擴展不確定度按式（9）計算：

式中：

-—測量點平均值。

r

實驗驗證

選擇一個旋轉器，按照校準步驟進行校準，得到數據，并按照要求處理和進行不確定度分析，結果符合說明書中轉速測量技術指標要求。

以RO旋轉器2000r/min為例，測量數據為：2001.58、2001.149、2001.159、2001.159、2001.152、2001.162、2001.157、2001.156、2001.160、2001.139。經計算，r=2001.1551r/min，

經過計算分析，可以看出被校旋轉器轉速輸出穩定，標準器轉速頻率儀準確度等級較高，測量結果的不確定度很小。

結束語

通過對設備的校準驗證，解決了該設備量值溯源問題，證明該方法適合現場校準需求，保證了ARJ-700飛機機輪轉速參數有效溯源。

謝 靜 呂 偉 顧仁碗 高 穎

中國飛行試驗研究院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.009