PC104的航空發(fā)動機(jī)試車參數(shù)檢測系統(tǒng)探討

　　航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的核心部件，是飛機(jī)的動力源。當(dāng)發(fā)動機(jī)試車時，需要記錄大量的參數(shù)，尤其發(fā)動機(jī)故障試車時，還需對試車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使試車時間長，數(shù)據(jù)記錄、分析處理很不方便。本試車參數(shù)檢測系統(tǒng)基于PC104總線技術(shù)，能夠?qū)崟r檢測、顯示、存儲和打印發(fā)動機(jī)試車過程中的主要技術(shù)參數(shù)，從而使機(jī)務(wù)人員能夠準(zhǔn)確地分析、判斷和排除發(fā)動機(jī)故障，提高發(fā)動機(jī)使用可靠性。同時可大大縮短維修時間，節(jié)約人力、物力，使發(fā)動機(jī)的維修更加科學(xué)、更有針對性。

　　1 設(shè)計的立足點

　　1.1 保證可靠性

　　系統(tǒng)研制中始終注重其可靠性和安全性。對外購器材，向供應(yīng)方提出所供產(chǎn)品必須滿足GJB標(biāo)準(zhǔn)的可靠性要求，供應(yīng)方提供完整的產(chǎn)品合格證書、使用維護(hù)說明等文檔材料，并簽定承包合同，以確保外購器材的可靠性。軟硬件設(shè)計嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范和可靠性大綱進(jìn)行，采用電磁隔離傳感器，傳感器的信號輸入與輸出端和電源都是隔離的，沒有任何電路加入到飛機(jī)上的儀表中，原有的儀表可以正常工作。當(dāng)系統(tǒng)和飛機(jī)連接好后，即使試車儀沒有工作或沒有正常工作，飛機(jī)上原有的儀表都能正常工作。

　　1.2 保證可操作性

　　系統(tǒng)研制中采用以人為本的設(shè)計思想，充分考慮到機(jī)務(wù)人員的使用要求，智能化程度高、人機(jī)界面好、操作簡單、使用方便，具有良好的可操作性。

　　1.3 保證互換性

　　系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮到元器件的互換性，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、通用性好的元器件，對于軍品盡量選用航空產(chǎn)品，保證設(shè)備具有良好的互換性，便于機(jī)務(wù)人員維修。

　　1.4 保證精度

　　保證精度是系統(tǒng)研制過程中始終堅持的設(shè)計思想，研制中主要采取了以下方法：一是選用高精度傳感器，使采集到的信號精度能夠達(dá)到測試要求：二是采用軟件濾波方法，濾除干擾數(shù)據(jù)，保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;三是硬件設(shè)計保證精度，采集數(shù)據(jù)時不影響機(jī)上傳感器和儀表的正常工作，保證采集到的數(shù)據(jù)真實準(zhǔn)確。

　　2 特點及功能

　　航空發(fā)動機(jī)試車參數(shù)檢測系統(tǒng)是在借鑒國外地面檢測設(shè)備基礎(chǔ)上研制的設(shè)備。它采用PC104總線工業(yè)計算機(jī)和EL屏顯示器，使檢測系統(tǒng)具有體積小、重量輕、便于移動、操作簡單、自動化程度高、可靠性好、顯示信息豐富、人機(jī)界面好等特點，能夠全面檢測座艙顯示的發(fā)動機(jī)性能參數(shù)，且準(zhǔn)確性高于座艙指針儀表。

　　系統(tǒng)功能包括：1)實時檢測、顯示發(fā)動機(jī)的高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)振動速度、滑油壓力、滑油溫度、主、副油道燃油壓力和排氣溫度：2)實時繪制試車曲線;3)保存試車參數(shù)數(shù)據(jù);4)試車結(jié)束后，可以查看試車過程中各參數(shù)的數(shù)據(jù)和試車曲線;5)試車儀與計算機(jī)數(shù)據(jù)通訊，試車過程中各參數(shù)的數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)上，機(jī)務(wù)人員可以在計算機(jī)查看各參數(shù)的數(shù)據(jù)，以便分析和排除故障。

　　3 結(jié)構(gòu)組成和工作原理

　　試車參數(shù)檢測系統(tǒng)的設(shè)計思想是在不影響飛機(jī)儀表正常工作和保證發(fā)動機(jī)工作安全、可靠的前提下，利用飛機(jī)原有的傳感器加以實現(xiàn)。檢測系統(tǒng)的工作不影響維護(hù)人員的正常操作，使用時按地面檢測發(fā)動機(jī)程序試車。此系統(tǒng)包括各傳感器、控制器、數(shù)據(jù)采集卡、檢測電路、鍵盤、供電電源和顯示屏等部分。檢測原理見圖1所示。

　　試車時，發(fā)動機(jī)輸出的高、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速模擬信號、振動速度模擬信號、滑油壓力模擬信號、滑油溫度模擬信號和排氣溫度模擬信號從飛機(jī)的連接插頭處引出，經(jīng)過檢測電路把各參數(shù)的模擬信號隔離轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。主、副油道燃油壓力變送器與燃油主、副輸油圈上的測量接頭相連，壓力變送器感受油壓變化，輸出與主、副油道燃油壓力成正比的直流電壓信號。這些直流電壓信號通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入到控制器中，在控制器內(nèi)通過程序計算得到各參數(shù)的數(shù)值。控制器通過程序控制把檢測到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器，并在EL顯示屏上顯示各參數(shù)的試車數(shù)據(jù)和試車曲線等。

　　控制器是核心部分，主要功能是根據(jù)用戶程序從數(shù)據(jù)采集卡中讀取與各參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得到各參數(shù)的實際值并存儲到數(shù)據(jù)存儲器上;控制EL平板顯示屏顯示人機(jī)交互的界面、各參數(shù)的試車數(shù)據(jù)、試車曲線等。它采用盛博科技有限公司生產(chǎn)的PC104總線的嵌入式工業(yè)計算機(jī)，型號為SysCentreModule/SDXpn。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：1)嵌入式486處理器，工作頻率50MHz;2)16M字節(jié)的RAM;3)1M顯存;4)標(biāo)準(zhǔn)DMA，中斷定時控制器;5)帶擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) BIOS;6)VGA支持單色LCD，EL顯示屏，以及模擬CkT;7)支持DOC電子盤;8)電源要求：+5V ±5%，0.8A;10)工作環(huán)境溫度：-40～+80℃。

　　數(shù)據(jù)采集卡完成各參數(shù)模擬量信號的采集，采用由北京中泰研創(chuàng)計算科技有限公司生產(chǎn)的PC104總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡PM511P，具有16路 A/D轉(zhuǎn)換通道、4路D/A通道、24路可編程開關(guān)量輸入輸出、3路計數(shù)通道，并且能夠在-40～+80℃的環(huán)境條件下進(jìn)行工作。此外該采集卡還完成鍵盤信號的采集。

　　供電電源用來把機(jī)場的27V的直流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部電路需要的+5V、±12V，+24V直流電，采用兩塊 DC-DC變換器，把27V直流電轉(zhuǎn)換為PC104以及其它用電元件所需要的+12V、-12V、+24V和+5V的直流電源。它的轉(zhuǎn)換精度高并且能在 -40～55℃的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

　　EL顯示屏用于顯示人機(jī)交互時的提示字符和檢測到的各參數(shù)的數(shù)據(jù)以及試車曲線等，采用的型號是EL640.480-AGI-ET。它的主要技術(shù)參數(shù)為：1)分辨率：640×480;2)尺寸：8.1英寸;3)供電電源：12V;4)工作溫度：-40～+85℃。

　　DOC電子盤用來保存試車過程中檢測得到的各參數(shù)數(shù)據(jù)，另外還用來存儲控制器的操作系統(tǒng)文件、儀器的控制程序文件等。DOC電子盤的容量為128M。鍵盤采用的是簡單的開關(guān)式鍵盤，鍵盤信號通過數(shù)據(jù)采集卡送入到PC104總線的工業(yè)計算機(jī)中。

　　面板上的鍵盤用于人機(jī)交互，向控制器輸入命令和數(shù)據(jù)。它有6個鍵，選用簡單的開關(guān)式鍵盤，鍵盤信號通過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入到控制器中，接口簡單、方便適用。

　　4 檢測電路設(shè)計

　　檢測電路的功用是把能夠反映各參數(shù)大小的電流、電壓、頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集卡能夠拾取的0～5V的直流電壓信號。

　　4.1 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計

　　發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測原理如圖2所示。隔離電壓傳感器把轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號進(jìn)行隔離，輸出與轉(zhuǎn)速傳感器的輸出頻率信號的電壓成正比的-5v～+5V電壓信號，經(jīng)濾波電路對輸出的信號進(jìn)行濾波，濾掉高頻干擾信號，再經(jīng)整形電路把輸出的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的5V方波信號并保持頻率不變。通過單片機(jī)測量5V方波信號的頻率并經(jīng)過計算得到發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，向D/A轉(zhuǎn)換器輸出與轉(zhuǎn)速成正比的數(shù)字量。D/A轉(zhuǎn)換器把與轉(zhuǎn)速成正比的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成正比的0～5V直流電壓，然后送入到數(shù)據(jù)采集卡中。在數(shù)據(jù)采集卡中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，然后送入到控制器內(nèi)。在控制器內(nèi)經(jīng)過計算就可以得到轉(zhuǎn)速的實際值。

4.2 振動速度檢測電路設(shè)計

　　在圖3中上面虛框表示的是發(fā)動機(jī)上原有的振動速度檢測裝置的工作原理。圖中電子組合用來感受發(fā)動機(jī)兩個振動速度傳感器輸出的微弱交流電壓信號，然后把它轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，再送入到振動指示器中進(jìn)行指示。

　　在圖3中下面虛框表示的就是發(fā)動機(jī)振動速度檢測電路。把送入到振動指示器的與振動速度一一對應(yīng)的直流電壓信號引出到振動速度檢測電路中，隔離電壓傳感器把與振動速度一一對應(yīng)的直流電壓信號進(jìn)行隔離，輸出成正比的直流電壓信號，然后經(jīng)過濾波器濾掉高頻干擾信號，最后送入到數(shù)據(jù)采集卡中。在數(shù)據(jù)卡中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后送入控制器中。在控制器內(nèi)經(jīng)過計算就可以得到振動速度的實際值。

　　4.3 滑油壓力檢測電路設(shè)計

　　在圖4中左側(cè)虛框內(nèi)表示一個滑油壓力傳感器，右側(cè)虛框內(nèi)表示一個滑油壓力表，它們組成飛機(jī)上原有的滑油壓力檢測裝置。滑油壓力決定滑油壓力傳感器內(nèi)的活動銜鐵的位移，活動銜鐵的位移決定兩線圈的感抗，兩線圈感抗的變化又改