某型飛機油量表系統綜合檢查儀的設計

周玉平 ，申江江 ，2，齊銀鵬

（1.海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041；2.海軍航空工程學院 航空訓練基地，山東 青島 266109）

某型飛機油量表系統綜合檢查儀的設計

周玉平1，申江江1，2，齊銀鵬1

（1.海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041；2.海軍航空工程學院 航空訓練基地，山東 青島 266109）

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

油量表系統；綜合檢查儀；自動檢測；STM32

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

自動測試及原位檢測技術是目前測試領域的發展趨勢，利用智能儀器及自動化技術可以大大提高檢測的效率。本文設計的油量表系統綜合檢查儀能夠對某型飛機浮子杠桿式油量表系統及其分離部件進行綜合檢查，并具有滿足現場原位檢測、通用易用、綜合化多功能的特點[1-2]。

1 系統組成和工作原理

油量表系統綜合檢查儀主要由計算機、通訊單元、STM32微控制器、自整角機模塊、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。系統框圖如圖1所示。

系統以計算機為人機接口，通過測試儀內部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調速度性能進行檢查。

2 硬件系統設計

測試儀系統采用模塊式分體結構，方便外場組合、多層堆碼。固式計算機測控系統、STM32微控制器系統和一套專用電纜均安裝在2個安全箱內的構件槽里面。安全箱由美國Pelican公司生產，箱體外殼采用優質聚丙烯聚合物，其強度重量比要比普通鋁材高4倍，不會銹蝕，不產生靜電，安全性達到軍用標準[3]。

圖1 系統組成框圖

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、低功耗的嵌入式應用專門設計。其具有 ADC、UART、SPI、IIC 等豐富外設，在 72 MHz時消耗電流36 mA（所有外設處于工作狀態），待機時下降到 2 μA[4-6]。

2.2 控制切換模塊

由于被檢設備型號多，為節省儀器成本，共享儀器資源（電源、顯示、角度轉換模塊等），設計了控制切換模塊，其核心是由繼電器構成的轉換電路，由計算機控制完成不同附件的電路轉換。繼電器工作電源與計算機電源利用光電耦合器、磁耦合等方式進行隔離，保證系統工作的可靠性。圖2為一個控制切換單元的結構圖。為增強繼電器工作可靠性，加入三極管增強驅動能力，加入續流二極管有效保護繼電器線圈[7-9]。

圖2 一個控制切換單元的結構圖

2.3 標準角度測量裝置

在標準角度測量裝置中自整角機信號的發送與接收都是靠變壓器式同步隨動系統來完成的，要想模擬或測量同步器的輸入或輸出，必須實現自整角機/數字轉換，數字/自整角機的轉換[10-11]。

1）自整角機信號的接收：標準角度測量部件輸出的角度信號為自整角機信號（模擬量），輸入微控制器之前必須進行自整角機信號與數字量間的轉換。采用ZSZ自整角機/數字轉換器（A/D）將自整角機信號轉換為數字信號，可直接與微處理器的數據總線相連，具有精度高、跟蹤速度快、高可靠性等特點，可滿足自整角機信號在數字采集處理系統中的應用。ZSZ轉換器原理圖如圖3所示。

圖3 ZSZ轉換器原理圖

2）自整角機信號的發送：改變傳統的同步發送器輸出自整角機信號的模式，采用SZZ數字/自整角機轉換器將數字信號轉換為自整角機信號，計算機控制方便，精度高。SZZ數字/自整角機轉換器原理圖如圖4所示。

2.4 標準變換放大裝置

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的誤差信號的放大，電路如圖6所示。

圖4 SZZ數字/自整角機轉換器原理圖

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指示器和傳感器的特點和要求設計。電源在輸入直流27 V或市電220 V 50 Hz的情況下，通過內部單片機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、過流斷路保護模塊、光電隔離模塊、驅動電路、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構如圖7所示。

圖7 單相正弦波逆變電源

2）SDC自整角機信號轉換器及計算機電源

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

3 軟件系統設計

由于該檢查儀測試部件及檢測內容多，系統采用模塊化程序設計，每一部件的檢測均對應一程序模塊。上電復位后，計算機首先初始化（自檢、設置參數等），當初始化完成后顯示測試裝置提示符，此后處于等待狀態，由操作員通過觸摸屏（或鍵盤、鼠標）操作，使計算機協調調用各子程序模塊進行檢測，主控程序流程如圖8所示。

圖8 主控程序流程

4 結束語

文中設計的油量表系統綜合檢查儀能夠完成對浮子杠桿式油量表系統及其分離部件進行綜合檢查工作，可實現原位檢測，其模塊化的結構設計可靠性高，操作簡便并具有標準接口，能夠對多種設備進行檢測，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：儀表技術及飛參系統應用。