航空電纜檢測中的技術(shù)應(yīng)用與分析

呂志召，朱鳳高，鄭卉婷

（中國人民解放軍第5720 工廠，安徽蕪湖 241000）

0 引言

當(dāng)前，我國通過對工業(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)、材料采購運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)制造、訂單多元處理、市場對接銷售、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)程度越來越高，對航空電纜的質(zhì)量也提出了新要求。從當(dāng)前航空電纜檢測技術(shù)方面看，已經(jīng)由傳統(tǒng)時(shí)期的半自動(dòng)化檢測發(fā)展到了全自動(dòng)化檢測階段。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，航空電纜檢測正在向著智能化方向升級。

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，而人工電纜檢測方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易造成檢測失誤。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)出能化解此類問題的智能檢測系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)來看，需要根據(jù)航空電纜的使用功能和性能，將檢測內(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)化檢測目標(biāo)預(yù)設(shè)對通斷、直流與絕緣電阻、數(shù)據(jù)收發(fā)校驗(yàn)方面的檢測。尤其是在檢測控制方面，需要結(jié)合主檢測端、副檢測端、絕緣檢測端的無線化，來提高數(shù)據(jù)共享程度與檢測協(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、智能檢測流程。

（1）系統(tǒng)功能主要包括主副檢測端與絕緣檢測端的數(shù)據(jù)存儲、顯示、通信，主終端重點(diǎn)集中于解析待測電纜導(dǎo)通關(guān)系與阻值等測試數(shù)據(jù)規(guī)則并生成檢測電纜數(shù)據(jù)；副終端則根據(jù)主終端提供的檢測數(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)場檢測后的數(shù)據(jù)采集及上傳。最后，由系統(tǒng)標(biāo)記檢測未通過線路。絕緣檢測端與主檢測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、絕緣檢測。例如，在主、副檢測終端劃分出功能模塊，主終端功能模塊由“待測電纜—導(dǎo)通檢測電路—高精度A/D 采樣—檢測終端ARM 控制板（嵌入式）—無線數(shù)據(jù)接口”之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成。絕緣檢測終端功能模塊，則在“高精度A/D 采樣—檢測終端ARM 控制板（嵌入式）—無線數(shù)據(jù)接口”之前，增加了絕緣檢測系統(tǒng)總線電路，借助總線電路連接了待測電纜、通道切換電路、絕緣測量電路、高壓產(chǎn)生電路、控制選擇電路。

（3）智能檢測流程方面，對于導(dǎo)通與阻值的檢測主要按照工段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、生成檢測流程，副檢終端接收流程完成后，配合主檢完成檢測。待主終端完成檢測并生成檢測結(jié)果后，將數(shù)據(jù)上傳到工段PC 端檢測數(shù)據(jù)庫。智能電纜絕緣檢測流程按照工段PC 端與絕緣檢測終端兩大部分進(jìn)行設(shè)置，絕緣檢測終端根據(jù)工段PC 端提供的任務(wù)工單，依據(jù)任務(wù)配置終端生成檢測流程，進(jìn)入檢測開始環(huán)節(jié)、生成檢測結(jié)果，并將結(jié)果上傳到工段PC 端，完成檢測結(jié)果入庫。需要注意的是，智能電纜綜測系統(tǒng)的檢測過程中，雖然設(shè)計(jì)了智能化系統(tǒng)，但是在檢測操作實(shí)踐中仍然需要采用“在線檢測+現(xiàn)場檢測”的基本模式，以保障終端設(shè)備檢測與在線數(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)通和阻值檢測流程

圖2 智能電纜絕緣檢測流程

2.2 硬件選型

硬件選型以主檢測終端、副檢測終端、絕緣檢測終端為準(zhǔn)，主要包括：

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

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

（3）無線數(shù)傳模塊：HD-M805 Lora 板。

（4）導(dǎo)通檢測及電阻測量取樣模塊：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）為準(zhǔn)。

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

（6）絕緣檢測模塊：JG3618 絕緣電阻檢測儀系列模塊。

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、主副檢測端軟件、絕緣檢測端軟件。

（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、接收并存儲檢測結(jié)果。PC 端的界面可以實(shí)現(xiàn)登錄與注銷。

（2）主副檢測端軟件設(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、無線數(shù)傳接口、檢測回路控制、指示燈提示音控制、檢測結(jié)果獲取、結(jié)果本地存儲與查詢等。其中，副檢測端軟件主要負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)流程配置，完成各項(xiàng)檢測任務(wù)中的通斷檢測與阻值檢測。

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

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)通和阻值檢測操作與絕緣檢測操作。

（1）在導(dǎo)通和阻值檢測操作方面的流程設(shè)置以工段PC 端、主檢測端、副檢測端為準(zhǔn)。在工段PC 端界登錄后，可以向主檢測端發(fā)送任務(wù)單。主檢測端開機(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)對應(yīng)副終端。副終端完成開機(jī)自檢后與主檢測端進(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、阻值檢測，并將任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)3…、任務(wù)n 的檢測結(jié)果，傳遞給主檢測端，進(jìn)而上傳到工段PC 端，完成結(jié)果入庫，最后完成界面注銷。具體檢測中，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）絕緣檢測端與主檢測端功能一致，因此在操作流程的設(shè)置方面基本一致，其中無須通過主檢測端與副檢測端的交互完成檢測。僅需要在工段PC 端界面登錄后，在絕緣檢測端開機(jī)自檢測正常條件下，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，完成對地絕緣、纜芯間絕緣檢測。并將每項(xiàng)檢測結(jié)果上傳到工段PC 端，完成結(jié)果入庫與注銷工作。

2.4.2 檢驗(yàn)

檢測內(nèi)容包括電路檢測和系統(tǒng)檢定，具體如下：

（1）電路檢測中包括了通斷檢測電路、阻值檢測電路、絕緣檢測電路。以通斷檢測電路為例，根據(jù)原理的不同，設(shè)置了兩套檢測方案：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）阻值檢測電路中的按照測試電流與測試阻值之間的壓降關(guān)系為準(zhǔn)，采用了恒源兩線制檢測方案。

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

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

當(dāng)絕緣測試高壓Ut為已知值時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對取樣電壓Uo的測量，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)市場化的交易原則，通過要素市場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系統(tǒng)中的技術(shù)指標(biāo)，包括電纜導(dǎo)通測量、阻值測量、主副檢測端無線傳輸距離與通信速率、絕緣電阻測試范圍以及系統(tǒng)測試故障率。

3 結(jié)束語

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，在飛機(jī)電氣各子系統(tǒng)中的電纜類型相對多元。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)人工檢測不能滿足實(shí)際檢測需求的條件下，需要在航空電纜檢測中設(shè)計(jì)智能檢測方案。通過以上初步分析可以看出，在實(shí)際應(yīng)用過程中，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)對航空電纜的智能化檢測目標(biāo)。

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