王智儒，楊成禹，安志勇，劉寶平

(長春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，長春 130022)

補(bǔ)償板是航空相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，并且直接影響成像質(zhì)量好壞，成像質(zhì)量是航空相機(jī)的最重要功能指標(biāo)，并且航空相機(jī)工作時(shí)惡劣的載機(jī)條件和環(huán)境條件，會(huì)引起相機(jī)產(chǎn)生各種故障。故障診斷技術(shù)基于專家板的診斷技術(shù)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷技術(shù)、基于故障樹分析的診斷技術(shù)、基于實(shí)例推理的診斷技術(shù)等［1］。利用故障樹分析法對航空電子設(shè)備故障狀態(tài)進(jìn)行深入的分析，便于維護(hù)人員了解設(shè)備的內(nèi)在聯(lián)系，清楚航空電子設(shè)備內(nèi)零件、部件、分機(jī)的故障關(guān)系，以及外部因素與航空電子設(shè)備間的故障關(guān)系，增加維修保養(yǎng)的針對性，縮短排障時(shí)間。

1 補(bǔ)償板檢測原理

圖1 航空相機(jī)電控系統(tǒng)的工作流程框圖Fig.1 The electronic control system of aerocamcra work flow diagram

根據(jù)檢測的需要，了解航空相機(jī)電控系統(tǒng)的工作流程，如圖1所示。根據(jù)圖1所示的航空相機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償板檢測系統(tǒng)，其檢測原理，如圖2所示。首先基于故障樹分析法建立補(bǔ)償板故障樹模型，其次對航空相機(jī)補(bǔ)償板故障樹的最小割集施加已知定量的激勵(lì)信號，測量補(bǔ)償板的經(jīng)過處理過的實(shí)際信號輸出值，最后，將利用補(bǔ)償原理［2］所計(jì)算的理論值與實(shí)際信號輸出值進(jìn)行比較，可以精確的判斷出補(bǔ)償板的故障。

2 補(bǔ)償板故障樹模型的建立

圖2 補(bǔ)償板檢測原理框圖Fig.2 Block diagram of testing for compensation board

故障樹分析法［1］的關(guān)鍵是建造故障樹，故障樹建造的完善程度直接影響定性分析和定量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此它要求分析人員把握板的內(nèi)在聯(lián)系，了解各種潛在因素對故障影響的途徑和程度，以便在分析過程中發(fā)現(xiàn)問題，找出零部件故障與板的邏輯關(guān)系，以確定板的薄弱環(huán)節(jié)［3］。

圖3 航空相機(jī)補(bǔ)償板的故障樹Fig.3 Aerocamcra compensation board'fault tree

本相機(jī)補(bǔ)償系統(tǒng)采用下行法［1］進(jìn)行分析，即根據(jù)故障樹的實(shí)際結(jié)構(gòu)，從頂事件開始，逐漸向下尋找，找出割集，這樣一直向下尋找，直到找到最小割集為止。最后根據(jù)建樹的步驟［5］得到的補(bǔ)償板的故障樹如圖3所示。

從圖中可以分析出相機(jī)補(bǔ)償板的故障模型為：

表1 相機(jī)補(bǔ)償板故障一覽表Tab.1 Aerocamcra compensation board fault list

其中各個(gè)符號代表意思如1表所示。

從上述關(guān)系可知，最小割集為 X11、X12。因此只需對補(bǔ)償電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和與指令系統(tǒng)通信電路進(jìn)行檢測。

3 相機(jī)補(bǔ)償板的檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)相機(jī)補(bǔ)償板的工作環(huán)境，補(bǔ)償板檢測系統(tǒng)采用測試激勵(lì)信號仿真技術(shù)［4］對航空相機(jī)補(bǔ)償板的輸入信號進(jìn)行模擬。以PC104工業(yè)控制計(jì)算機(jī)做為檢測系統(tǒng)的控制核心，以 PM504板卡做為 PC104總線與RS422總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的接口板卡，以PM515板卡做為被測的補(bǔ)償板輸出的信號采集板卡，信息輸人通過定制鍵盤輸入，定制鍵盤采用開關(guān)矩陣方式構(gòu)成。按鍵信息通過KP-2000接口芯片轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口時(shí)序，然后送入檢測系統(tǒng)的主控系統(tǒng)供其識別。信息輸出采用了標(biāo)準(zhǔn)TFT顯示器，由主控系統(tǒng)在TFT顯示器上顯示各類檢測提示信息、檢測過程信息及檢測結(jié)果信息。

3.1 相機(jī)補(bǔ)償板與指令系統(tǒng)通信的檢測

針對相機(jī)補(bǔ)償板與指令系統(tǒng)通信的檢測，檢測系統(tǒng)采用握手信號的方式進(jìn)行檢測。事先約定好握手信號，然后由PC104主控系統(tǒng)模擬指令系統(tǒng)向補(bǔ)償板發(fā)送已知的請求信號如“aa”請求通信，信號被PM504板卡轉(zhuǎn)為RS422協(xié)議信號進(jìn)行傳輸，補(bǔ)償板收到“aa”指令后，向主控系統(tǒng)返回指令信號如“55”，主控系統(tǒng)就是通過判斷所返回的指令來檢測主控系統(tǒng)跟補(bǔ)償板之間的通訊是否正常，其結(jié)果顯示在顯示器上。其硬件電路部分圖如圖4所示。

圖4 補(bǔ)償板與指令系統(tǒng)通信的檢測電路部分圖Fig.4 The part of detection circuit map of compensation board communicated with the instruction system

3.2 補(bǔ)償電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的檢測

針對補(bǔ)償電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的檢測，檢測系統(tǒng)采用理論值與輸出實(shí)際測量值的比較進(jìn)行檢測。首先通過矩陣鍵盤向指控系統(tǒng)輸入指令和參數(shù)，主控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令和參數(shù)信號向補(bǔ)償板發(fā)送指令和參數(shù)信號，信號經(jīng)PC104總線傳輸?shù)?PM504板卡，PM504板卡將信號轉(zhuǎn)化為 RS422總線協(xié)議進(jìn)行傳輸，補(bǔ)償板在接收到信號時(shí)，根據(jù)所接受的指令和參數(shù)驅(qū)動(dòng)步距角為1.2度的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上連接一個(gè)4.7K（10圈）的電位器，電位器在此充當(dāng)系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)，它將步進(jìn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)換為電壓值，PM515板卡將電位計(jì)產(chǎn)生的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所識別的數(shù)字信號。該數(shù)字信號被送往主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)對數(shù)字量進(jìn)行處理分析，與理論值比較判斷補(bǔ)償電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是否存在故障。如圖5所示。

圖5 補(bǔ)償電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的檢測電路部分圖Fig.5 The part of detection circuit map of compensation motor control circuit

圖6 補(bǔ)償板檢測流程Fig.6 Compensation board inspection process

4 相機(jī)補(bǔ)償板檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)檢測系統(tǒng)開始檢測時(shí)，由主控系統(tǒng)控制向補(bǔ)償板供電，然后通過串行總線接口單元模擬指令系統(tǒng)的通信信令關(guān)系與補(bǔ)償板進(jìn)行總線通信，以檢測其通訊性能；再向補(bǔ)償板發(fā)送控制指令和控制參數(shù)，并通過采集電路單元（PM515板卡）對補(bǔ)償板輸出信號進(jìn)行采集，最后對輸入到主控系統(tǒng)（PC104板卡）中進(jìn)行信號處理，與理論值進(jìn)行比較，從而精確判斷補(bǔ)償板是否存在故障，檢測完畢后，在主控系統(tǒng)控制下關(guān)閉檢測。補(bǔ)償板檢測流程如圖6所示。

用檢測系統(tǒng)對補(bǔ)償板進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn)，其檢測結(jié)果如圖7所示。

圖7 檢測系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果Fig.7 Detection system test results

5 結(jié)論

基于故障樹原理分析法對航空相機(jī)補(bǔ)償板可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，建立故障樹，分割出最小割集，采用測試激勵(lì)信號仿真技術(shù)和航空相機(jī)像移補(bǔ)償原理所計(jì)算的理論關(guān)系式，對最小割集進(jìn)行診斷和分析。這樣不但能對補(bǔ)償板故障進(jìn)行檢測還能分析出其是否能滿足實(shí)際需要。實(shí)驗(yàn)表明該檢測系統(tǒng)能對相機(jī)進(jìn)行快速的故障診斷，同時(shí)還能對相機(jī)補(bǔ)償板的性能進(jìn)行評估。

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