飛機防火監控測試設備校準方法研究與實施

段晉濤，張衛紅

（中航飛機股份有限公司，陜西 西安 710089）

防火監控信號轉換器測試設備是用于檢測機載防火監控信號轉換器的地面專用測試設備，該類測試設備性能的好壞直接影響著飛機的飛行質量和安全。所以，只有保證該類地面測試設備的各項技術指標滿足技術說明書的要求，保證其測試數據準確、可靠，最終才能保證飛機機載設備性能的質量，保證整機的飛行安全。

由于目前沒有此類專用測試設備的國家檢定規程和校準規范，因而無法實現此設備的日常校準和量值溯源，無從保證該類專用測試設備的計量特性。鑒于專用測試設備研制要求的獨特性和專用性，目前國內同行業也沒有能對其參數、技術指標進行校準的部門和可依據的規程、規范等，因此開展此類測試設備的校準研究很有必要。

1 功能與組成

防火監控信號轉換器測試設備通過測試電纜與機載產品相連，為裝機產品提供各種輸入信號，并接收裝機產品輸出的各種信號，實現對信號轉換器和信號轉換盒的功能驗證及性能測試。

電路組成：該測試設備是由PC104 硬件平臺、AD/DA采集模塊、I/O 模塊、串口模塊等組成，用于實現與信號轉換器的2 路RS422 通訊，調整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：轉換電路、模擬信號輸出、壓力傳感模擬信號等，用于為信號轉換器和檢查儀內部各部分電路提供所需的工作電源和模擬溫度信號、壓差信號、放大信號，以及產生壓力信號基準。

2 工作原理分析

防火監控信號轉換器測試設備是以PC104 嵌入式計算機為核心，通過DA 模塊和放大電路產生0～80 mV 電壓信號，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 基準信號電壓，模擬產生壓差信號；通過AD 模塊采集信號轉換器的各種模擬量信號；以RS422 格式數據實現測試設備與信號轉換器的通信，接收信號轉換器輸出的數據量或者為信號轉換器提供不同的工作指令；檢測軟件顯示接收到的數據和采集到的信號。溫度信號的模擬通過波段開關使用固定電阻模擬產生不同的6 個溫度點；壓力信號通過調節面板上的調節點電位計來模擬產生0～29 V 的壓力信號；通過軟件控制接收信號轉換器輸出的溫度告警信號以及產生17 路不同的告警信號，提供給信號轉換器并在軟件界面顯示狀態。通過觀察檢測軟件界面上數值是否滿足規定的誤差，以及開關信號狀態的一致性，實現檢測信號轉換器和信號轉換盒的性能。

3 計量特性的分析

了解測試設備的原理和組成，由其實現的功能分析出測試設備的信號種類為：模擬量信號、開關量信號和電源信號。經過對設備信號交互方式的分析，既有輸入信號，也有輸出信號，得出有模擬量采集信號、模擬量輸出信號、開關量采集信號、開關量輸出信號等4 種工作方式的信號。因此，應從這4 種工作信號出發，逐一進行量值溯源的分析和論證，找出其計量特性需求。

通過對線路比較與分析，找到各種信號的輸入、輸出端口，利用校準試驗室現有的數字多用表、三用表校驗儀以及自制恒流源線路工裝來實現校準。在實施校準中遇到的難點是在模擬量溫度信號輸出校準時，需要制作一個2 mA 的高精度恒流源，以保證溫度模擬量輸出校準的精度要求。這個恒流源主要目的是用來提高溫度測量回路的輸出精度，使被校準的產品輸出端有較穩定的電壓輸出值。因此，為了能準確、穩定地實現該項目的校準，需要設計、制作一個2 mA恒流源工裝來協助校準工作的實現。其由輸入級和輸出級構成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。該恒流源工裝精度可達0.001 mA，這里利用晶體三極管集電極電壓變化對電流影響小，并在電路中采用電流負反饋來提高輸出電流的恒定性和穩定性，充分保證了校準時的精度要求。

3.1 模擬量的采集

該測試設備能采集來自機載產品信號轉換器和信號轉換盒的4 路模擬信號，采集電壓范圍為0～33 V。當輸入的滑油壓力傳感器電源信號電壓在（28±0.1）V 范圍內，滑油壓力傳感器電源顯示為正常；當輸入的磁性屑末傳感器電源信號電壓在（28±2.8）V 范圍內，磁性屑末傳感器電源為正常。鑒于這一測試特性，查找對應傳感器上的線路構成，定位線路圖中對應模塊的接線，在所定義的信號管腳上分別加入0～33 V 直流電壓，當電壓在（28±0.1）V 范圍內時，滑油壓力傳感器電源信號顯示為正常。同理，在定義的信號管腳上加0～33 V 電壓，當電壓在（28±2.8）V 范圍內時，磁性屑末傳感器電源信號為正常。

3.2 模擬量的輸出

測試設備能輸出并測量給產品的8 路模擬量信號，該信號分別為左、右2 路溫度信號，左、右2 路壓差信號，4 路壓力信號。依據線路圖分析，它是通過軟件控制固定電阻模擬轉換來實現溫度改變，從而得出溫度的輸出值。因此，在所定義的被測量管腳之間接入被測信號，利用自制的2 mA恒流源工裝模塊，在測試軟件的“自模擬主要參數顯示”框中顯示左氣心泵壁溫應在-55～206 ℃范圍內變化，由波段開關控制。用數字多用表分別測試出定義的被測量管腳之間在不同溫度值對應的電壓實測值。

3.3 開關量的采集和輸出

測試設備能檢測輸入的3 路開關量信號，信號（28±2.8）V 有效，能夠輸出17 路開關量點亮顯示屏上的狀態燈，其中 9 路信號為（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，對于采集器可用三用表校驗儀模擬輸入（28±2.8）V 電壓，來模擬測試界面上對應左右發氣心泵壁溫告警信號燈有效狀態為紅色的試驗。而對于開關量的輸出，可直接用三用表的紅表筆測量輸出對應引腳上有9 路24 V 和8 路0 V 電壓來實現。

4 校準方法的實施

明確了被校準的項目后，結合已有的標準儀器和環境條件，根據GJB 5539—2006 的要求選擇滿足量值溯源的標準儀器進行量值傳遞工作。對于軍工產品應滿足標準儀器與被校設備的測量不確定度比不低于4∶1 這一原則，校準方法的實施如下。

模擬量采集的檢查：打開防火監控信號轉換器測試設備工作電源，啟動“防火監控器機上模擬測試”進入“模擬測試”界面，分別在信號輸入管腳上加入0～33 V 電壓，當電壓在（28±0.1）V 范圍內，滑油壓力傳感器電源信號顯示為正常。

溫度信號輸出的校準：啟動“防火監控器及信號轉換器監測軟件”進入“轉換器檢測”界面，在信號輸入管腳之間加載自制的2 mA 恒流源，檢測軟件的“自模擬主要參數顯示”框中顯示左氣心泵壁溫應為-55～206 ℃范圍內變化。用數字多用表分別測試信號輸出管腳之間，在不同溫度值對應的電壓實測值。在溫度測試管腳之間加2 mA 恒流源，檢測軟件的“自模擬主要參數顯示”框中顯示右氣心泵壁溫應為-55～206 ℃范圍內變化。

壓力信號輸出的校準：進入“轉換器檢測”界面，點擊“壓力信號模擬框”中的左輸出，對應的“自模擬主要參數顯示”框中將顯示采集結果，在被測信號管腳之間用數字多用表測試電壓值。

壓差信號的檢查：在“轉換器檢測”界面，用數字多用表的紅表筆分別接被測信號管腳，黑表筆接在測量插座的“地”上。調節面板上左右壓差對應旋鈕，輸出引腳上電壓應在0～29 V 之間變化。

開關量的采集：進入“模擬測試”界面，分別在被測信號管腳加上（28±2.8）V 電壓，模擬測試界面上對應左右發氣心泵壁溫告警信號燈有效狀態為紅色。在信號輸入腳之間加（28±2.8）V 電壓，檢查面板上“機上28 V 電源指示”燈應點亮。

開關量輸出的校準：在“模擬測試”界面，逐一點擊“17路開關模擬”框中對應按鈕，用三用表的紅表筆測量輸出對應引腳上有9 路24 V 和8 路0 V 電壓，每一路電流不小于5 mA；黑表筆接到測量插座的“地”上。校準完畢安全關閉各路電源。

5 結束語

本文對防火監控信號轉換器測試設備校準項目中模擬量采集、溫度信號輸出、壓力信號輸出、壓差信號的檢查、開關量的采集、開關量輸出等項目進行了分析與研究，建立了可行的實施方案，該校準方法不僅解決了防火監控信號轉換器測試設備校準的問題，也為同類專用測試設備提供了可借鑒的校準項目的分析思路和研究方法，以及為編制相應的校準依據提供了參考。