一種機載非相似余度火警傳感器采集接口設計

張宇坤 寧慧君 閆穩 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所

1 引言

飛機在整個生命周期中，可能由于電器故障、戰斗受損等各種原因導致火警，若不能及時檢測、告警，機組人員可能無法及時采取應對措施，這種情況下可能直接危及飛機和機上人員生命安全，因此火警分系統已成為了現代機載飛機的重要系統，火警檢測的可靠性也尤顯得為重要。

2 方案設計

機載火警傳感器主要有兩類：熱敏電阻式火警傳感器和氣動式火警傳感器。熱敏電阻式火警傳感器是熱敏電阻隨溫度變化的原理，但易受環境電磁場影響；氣動式火警傳感器使用氣體受熱膨脹的原理工作，抗干擾能力好且成本較低。兩者輸出信號均為電阻，特定范圍的阻值表征一種火警狀態，一般有短路（傳感器故障）、火警、正常（無火警）和斷路（傳感器故障）共4 個狀態[2]。因此，分別基于離散狀態量和模擬量量采集，可以實現火警傳感器的非相似余度采集。采集接口方案如圖1 所示，接口提供激勵源給傳感器，回采傳感器電壓，一階跟隨后分別進模擬量和離散量采集電路調理，同時設計有BIT 電路對火警告警電路進行測試。

圖1 火警傳感器采集接口方案框圖

激勵源可使用穩壓源或電流源，其中電流源抗干擾能力較強，因此推薦使用電流源實現，同時激勵源的幅值選擇要在傳感器的正常工作范圍內，否則可能會出現故障乃至虛警。一階跟隨可提高信號驅動能力，為信號后續調理做好準備。

模擬量采集分為調理濾波和模數轉換電路：調理濾波電路將信號放大至接近AD 轉換器量程，并使用二階有源濾波進行信號處理；模數轉換電路精度視系統需求或綜合產品其他模擬量精度需求統籌考慮設計。

離散量采集電路為多個并列的遲滯比較電路，遲滯比較門限為各火警狀態電阻對應的電壓值。火警傳感器電壓信號同步進行多比較器比較，比較后的結果經電平轉換由FPGA 與預先設定的火警狀態真值表進行比對，如果采集狀態不滿足真值表任一狀態，則上報火警離散量采集故障。在工程實踐中，部分火警傳感器電阻區間較近，對應的離散量電路遲滯比較點電壓差值較小，可將信號適當放大后再進行比較處理。

BIT電路是為了滿足電路測試性要求，在傳感器和接口正常狀態下，BIT 電路開關閉合后，將接口固定電阻Rt 與傳感器自身電阻并聯，從而達到對火警采集電路測試的目的。但離散量采集電路比較器個數是依據火警狀態（一般有短路、火警、正常和斷路）數量而定，為提高測試率所需要的BIT 開關資源消耗較大，且不滿足測試電路基本可靠性應為采集電路基本可靠性1/10 的要求，因此也可選擇僅對最關心的火警狀態進行測試。同時從廣義測試性看來，接口本身的兩種非相似余度采集電路也可理解為互為測試電路，當兩者測試結果不一致時，上報火警狀態信息做無效處理。

飛機開車后進行地面檢查，此時火警采集產品上電初始化，依據采集信息判定火警狀態是否為正常，如正常則進行BIT 測試，讀取BIT 結果并上傳，如火警狀態為非正常（短路、火警和斷路），則執行飛機故障處理程序。

3 結束語

本文提出的非相似余度火警傳感器采集接口設計避免了相似故障模式，提高了火警任務可靠性，經工程實踐，證明該設計穩定可靠，具有很強的工程使用性。本設計的數據有效性策略僅供參考，特定系統另需權衡考慮。