房海華，黃 藍(lán)

(中航工業(yè)上海航空測(cè)控技術(shù)研究所 故障診斷與健康管理技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201601)

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雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用

房海華，黃 藍(lán)

(中航工業(yè)上海航空測(cè)控技術(shù)研究所 故障診斷與健康管理技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201601)

在飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車電子控制系統(tǒng)中采用雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠有效提高飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車運(yùn)行的安全性和可靠性，以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，研制了雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)、余度設(shè)計(jì)，虛擬儀表設(shè)計(jì)，并在雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中引入了嵌入式PC/104模塊；為了使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有更好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以在兩種方式下工作：機(jī)載運(yùn)行方式和地面試車方式，通過這兩種方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)趨勢(shì)分析、故障診斷和視情維修提供科學(xué)的依據(jù)；采用雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研制的某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過了大量的地面試驗(yàn)和某型直升機(jī)上試飛試驗(yàn)，功能、性能滿足要求，目前該系統(tǒng)已在某型直升機(jī)上得到應(yīng)用。

雙余度；渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；PC/104；虛擬儀表設(shè)計(jì)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車上的發(fā)動(dòng)機(jī)變得越來越復(fù)雜，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的可能原因越來越多，飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車的安全性和可靠性越來越引起人們的重視，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用顯得尤為重要，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過程中的工作狀態(tài)參數(shù)，以及這些參數(shù)的變化趨勢(shì)，與他們的工作性能和故障狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)密切相關(guān)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)提供了可靠的依據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，連續(xù)記錄和存儲(chǔ)工作狀態(tài)參數(shù)，能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和可靠性，狀態(tài)監(jiān)測(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)視情維護(hù)的重要措施之一，也是安全運(yùn)行的重要方面。通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)：第一，它可以迅速而準(zhǔn)確的確定故障部位及故障嚴(yán)重程度，有利于確保飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車安全以及減少投入維修的人力、物力，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的停止工作時(shí)間，提高飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車的利用率；第二，它是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的維修思想(從經(jīng)驗(yàn)型的“以預(yù)防為主”的維修思想轉(zhuǎn)向“以可靠性為中心”的維修思想)和維修方式(從單純的定時(shí)維修方式轉(zhuǎn)向定時(shí)維修、視情維修和狀態(tài)監(jiān)測(cè)3種方式)的必要手段與前提。第三，它可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，提高飛機(jī)、裝甲、船舶、汽車運(yùn)行的安全性；縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的維修周期，簡(jiǎn)化維修步驟，降低維護(hù)成本。第四，它可以為飛行員提供了準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)、滑油、燃油、液壓、電源等重要系統(tǒng)信息，使飛行員能夠掌握發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，改善人機(jī)功效，提高任務(wù)完成率。本論文主要深入研究了采用雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研制某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)對(duì)外接口關(guān)系

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置(EECU)、電源系統(tǒng)以及主減相連，采集ARINC429信號(hào)、模擬量、頻率量和離散信號(hào)，通過2路ARINC429接收總線和發(fā)送總線與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置(EECU)交聯(lián)，通過1路ARINC429接收總線與大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)交聯(lián)。雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備對(duì)上述系統(tǒng)的信息進(jìn)行分析、記錄，顯示告警信息。雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)外接口關(guān)系如圖1所示。

圖1 雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)外接口關(guān)系圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠與機(jī)上傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置(EECU)交聯(lián)，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、電源系統(tǒng)信息，保證發(fā)參顯示系統(tǒng)的工作可靠性，為飛行員提供準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)指示。

系統(tǒng)采用雙通道型式，兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集處理和顯示通道分別為置于一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的兩個(gè)顯示器提供顯示信息。每個(gè)通道配置獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集處理、顯示和電源模塊。每個(gè)通道都能獨(dú)立采集和處理左發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和右發(fā)動(dòng)機(jī)(2)，EECU1、EECU2，大氣數(shù)據(jù)以及直升機(jī)其它參數(shù)和信息。

兩通道處理器之間通過并行接口交換數(shù)據(jù)，進(jìn)行通道間的互檢和余度管理。

正常工作時(shí)，上通道主要處理主頁(yè)面(發(fā)參信息頁(yè)面)顯示所需要的信息；下通道主要處理副頁(yè)面顯示所需要的滑油、燃油、液壓、電源等信息。

在其中一個(gè)通道故障時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入降級(jí)工作模式，在另一個(gè)通道顯示復(fù)合信息頁(yè)面，以保證飛行正常進(jìn)行。

當(dāng)直升機(jī)著陸時(shí)，顯示飛行報(bào)告頁(yè)。

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由AMLCD(TFT液晶)組件、信號(hào)調(diào)理板組件、數(shù)據(jù)采集處理板組件、導(dǎo)光板組件、電源板組件、底板組件等組成。

系統(tǒng)板級(jí)組成框圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)板級(jí)組成框圖

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立的通道組成，每個(gè)通道都由獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集處理、顯示和電源4個(gè)模塊組成。

系統(tǒng)原理框圖見圖3。

信號(hào)調(diào)理模塊：將左發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和右發(fā)動(dòng)機(jī)(2)和直升機(jī)其它系統(tǒng)的傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、整形，同時(shí)送給通道1和2的數(shù)據(jù)采集處理模塊。

數(shù)據(jù)采集處理模塊：數(shù)據(jù)采集模塊采集模擬、離散和頻率信號(hào)；通過ARINC429接口模塊與EECU1、2和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，接收發(fā)動(dòng)機(jī)、大氣溫度等信息。根據(jù)顯示頁(yè)面要求，有關(guān)數(shù)據(jù)處理后在顯示器上顯示相應(yīng)信息。

顯示模塊：在處理器控制下，以數(shù)據(jù)頁(yè)面、虛擬儀表、柱狀圖形、告警字符等形式顯示發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和故障信息。

電源模塊：為顯示、數(shù)據(jù)采集處理、信號(hào)調(diào)理模塊等提供所需供電電壓。

圖3 統(tǒng)原理框圖

信號(hào)調(diào)理模塊：將左發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和右發(fā)動(dòng)機(jī)(2)和直升機(jī)其它系統(tǒng)的傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、整形，同時(shí)送給通道1和2的數(shù)據(jù)采集處理模塊。

數(shù)據(jù)采集處理模塊：數(shù)據(jù)采集模塊采集模擬、離散和頻率信號(hào)；通過ARINC429接口模塊與EECU1、2和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，接收發(fā)動(dòng)機(jī)、大氣溫度等信息。根據(jù)顯示頁(yè)面要求，有關(guān)數(shù)據(jù)處理后在顯示器上顯示相應(yīng)信息。

顯示模塊：在處理器控制下，以圖形、頁(yè)面數(shù)據(jù)、告警字符等形式顯示發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)信息。

電源模塊：為顯示、數(shù)據(jù)采集處理、信號(hào)調(diào)理模塊等提供所需供電電壓。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能要求高(寬工作溫度、高可靠性)、體積小、電路復(fù)雜(它包括多通道多參數(shù)信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集和處理、顯示和電源)，系統(tǒng)輸入的傳感器類型多、小信號(hào)(有熱電偶、熱電阻、壓力、轉(zhuǎn)速計(jì)、電壓、電流以及離散數(shù)字信號(hào))，內(nèi)部信號(hào)連接線多。其技術(shù)難點(diǎn)是小型化和通道間的串?dāng)_。實(shí)施途徑除選用低功耗、小型化表面貼裝元器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)外，在設(shè)計(jì)過程中按信號(hào)類型進(jìn)行分類布局，對(duì)地線進(jìn)行分類處理，以減少通道間的干擾，同時(shí)對(duì)小信號(hào)多級(jí)濾波及參數(shù)進(jìn)行修正補(bǔ)償?shù)龋ＷC電路工作可靠性和測(cè)試精度。

2.1.1 信號(hào)調(diào)理模塊

雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理模塊將發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)的傳感器輸出的模擬信號(hào)、EECU及其它裝置輸出的離散量信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，送給通道1、2的數(shù)據(jù)采集處理模塊。

主要信號(hào)調(diào)理信號(hào)如下：

1)溫度(電阻測(cè)溫)傳感器提供電源并對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。

2)壓力傳感器提供電源并對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。

3)輸入的離散信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平。

4)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行整形，變換成脈沖信號(hào)。

5)交直流電流、電壓型號(hào)進(jìn)行調(diào)理

實(shí)施方案如下：

1)溫度轉(zhuǎn)換電路。

模擬信號(hào)測(cè)量通道的輸入阻抗要足夠高，以使源阻抗效應(yīng)引起的誤差可以忽略不計(jì)，另外在調(diào)理電路中應(yīng)加入濾波電路以減小或消除干擾。

滑油溫度傳感器是一個(gè)感溫?zé)崦綦娮?，轉(zhuǎn)換電路采用二線制電橋電路取樣，然后進(jìn)行兩級(jí)比例放大，最后轉(zhuǎn)換輸出0 V～+5 V的電壓，經(jīng)過濾波后輸出給AD電路板進(jìn)行采樣。具體接法如圖4所示。

圖4 滑油溫度調(diào)理轉(zhuǎn)換原理框圖

2)熱電偶轉(zhuǎn)換電路。

調(diào)理電路把熱電偶輸出的電壓信號(hào)(0 MV～45.12 MV)先經(jīng)過低通濾波，再經(jīng)差分放大器放大倍，然后給偏置放大電路放大，最后轉(zhuǎn)換輸出0 V～+5 V的電壓，經(jīng)過濾波后輸出給AD電路板進(jìn)行采樣。具體接法如圖5所示。

圖5 燃?xì)鉁u輪溫度T45轉(zhuǎn)換原理框圖

3) 離散量信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換。

輸入離散量輸入信號(hào)采集的處理方法為：由CPU發(fā)出的CTR信號(hào)經(jīng)一限流電阻接NPN管的基極，控制NPN管的導(dǎo)通與關(guān)斷，NPN管的集電極接+5 V電源，發(fā)射極經(jīng)1個(gè)電阻接比較器的輸出。離散量輸入信號(hào)首先經(jīng)過上拉電阻接至+15 VDC電源，同時(shí)經(jīng)過電阻和電容組成的濾波電路進(jìn)行濾波，然后通過二極管接至電壓比較器的輸入正端，電壓比較器的負(fù)端通過一個(gè)限流電阻和接地電阻接至+15 VDC電源上。具體接法如圖6所示。

圖2-5 輸入開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路

4) 離散量信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換。

把CPU板輸出的5 V/0 V的離散信號(hào)經(jīng)一限流電阻接至開關(guān)管的基極，開關(guān)管的發(fā)射極接地，形成OC輸出，OC門集電極接開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)一限流電阻接 +27 V電源，該電源由機(jī)上提供。具體接法如圖7所示。

圖7 告警信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換電路

5)頻率測(cè)量。

首先對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、限幅，然后經(jīng)滯回比較以及整形后變?yōu)榉讲?，再將其進(jìn)行倍頻處理，最后送到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量。具體如圖8所示。

圖8 輸入頻率量轉(zhuǎn)換電路

6)占空比測(cè)量。

輸入信號(hào)為電流，要測(cè)量的是該信號(hào)的占空比。對(duì)該信號(hào)的處理方法是：首先將該信號(hào)由電流變換為電壓，然后經(jīng)過比較放大以及整形，再送入D觸發(fā)器，將信號(hào)與400 kHz脈沖信號(hào)同步后分成兩路(分別是原信號(hào)和其反相信號(hào))，再分別與400 kHz信號(hào)相與后送入計(jì)數(shù)器，分別測(cè)出高電平與低電平信號(hào)的周期，然后就可以根據(jù)占空比計(jì)算出ΔNG，如圖9所示。

圖9 ΔNG測(cè)量原理框圖

7)交流電流調(diào)理電路。

交流電流信號(hào)來自于飛機(jī)上的交流電流傳感器，信號(hào)大小為0～6.2 VAC/400 Hz(暫定)。調(diào)理電路首先將該信號(hào)進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行衰減，再送入真有效值轉(zhuǎn)換電路將其變?yōu)橹绷餍盘?hào)，再進(jìn)行比例放大，最終將該信號(hào)調(diào)理成0～+5 V范圍內(nèi)的直流信號(hào)送入AD電路板進(jìn)行采集。電路原理框圖如圖10所示。

圖10 交流電流調(diào)理轉(zhuǎn)換原理框圖

8)直流電壓轉(zhuǎn)換電路。

直流電壓轉(zhuǎn)換電路把直流電源電壓經(jīng)過穩(wěn)壓，再由電阻進(jìn)行分壓后送入電壓跟隨器，從電壓跟隨器出來的0～+5 V電壓值給AD電路板進(jìn)行采樣。電路原理框圖如圖11所示。

圖11 直流電壓轉(zhuǎn)換原理框圖

9)直流電流轉(zhuǎn)換電路。

直流電流轉(zhuǎn)換把傳感器輸出的電壓信號(hào)(0～60 MV)經(jīng)過低通濾波后，給前級(jí)差分放大電路進(jìn)行放大，然后送入后級(jí)放大電路，最后轉(zhuǎn)換輸出-9～0 V的電壓，經(jīng)過濾波后輸出給AD電路板進(jìn)行采樣。電路原理框圖如圖12所示。

圖12 直流電流轉(zhuǎn)換原理框圖

10)交流電壓轉(zhuǎn)換電路。

交流電壓轉(zhuǎn)換電路把交流電源電壓經(jīng)電阻分壓和二極管整流后，再進(jìn)行濾波，然后送入放大電路，最后轉(zhuǎn)換輸出的0～+5 V電壓，經(jīng)過濾波后輸出給AD電路板進(jìn)行采樣。電路原理框圖如圖13所示。

圖13 交流電壓轉(zhuǎn)換原理框圖

11)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。

電流/電壓轉(zhuǎn)換電路將AD590輸出的電流是228.2～353.2 ΜA轉(zhuǎn)換成2.967～4.592 V (13 MV/℃)，經(jīng)過低通濾波后，輸出給AD電路板進(jìn)行采樣。電路原理框圖如圖14所示。

圖14 直流電流轉(zhuǎn)換原理框圖

2.1.2 數(shù)據(jù)采集處理模塊

每個(gè)通道各選用一個(gè)PC104嵌入式計(jì)算機(jī)，包括處理器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和ARINC429接口模塊。數(shù)據(jù)采集處理模塊原理框圖見圖15所示。

1)處理器模塊。

采用SCM/SPT2系統(tǒng)模塊，其主要配置如下：

SCM/SPT2模塊遵從PC/104+標(biāo)準(zhǔn)，其CPU是一片X86兼容的64位微處理器，最高運(yùn)行速度可達(dá)300 MHz，128 M在板內(nèi)存，SVGA顯示器接口，2 M顯存，最大分辨率可達(dá)1 280×1 024，1670萬種顏色；一并兩串接口，看門狗，支持PC/AT鍵盤及PS/2鼠標(biāo)，EIDE接口，USB接口，在板10/100BASET以太網(wǎng)接口。

圖15 數(shù)據(jù)采集處理模塊原理框圖

2)數(shù)據(jù)采集模塊。

(1)AD采集模塊組成：

A/D采集硬件電路基礎(chǔ)是DIAMONDSYSTEMS公司的PC104數(shù)據(jù)采集板DMM-32-AT，共有32路16位A/D采集通道可配置為32路單端或16路差分，最大采樣率200 K。因?yàn)閮H用于A/D和D/A，DMM-32-AT采集板只需通過一個(gè)50針的電氣接口與信號(hào)調(diào)理電路相連。

(2)計(jì)數(shù)采集：

在硬件選擇上，采用CDT800模塊，10個(gè)獨(dú)立16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器與數(shù)字量I/O模塊，有頻率測(cè)量與脈寬測(cè)量能力。該模塊具有兩片AM9513A定時(shí)控制器，每個(gè)AM9513A定時(shí)器包括5個(gè)通用的16位計(jì)數(shù)器，可選用不同的內(nèi)部頻率源或外部管腳外接作為計(jì)數(shù)器的輸入。主處理器在任何時(shí)候可以讀出其累計(jì)數(shù)而不干擾計(jì)數(shù)過程。

3)ARINC429接口模塊。

系統(tǒng)中PC104通過ARINC 429來接收和發(fā)送各種數(shù)據(jù)。采用SYSEXPANMODULETM/A429-4R2TM模塊。該模塊通過16位總線與CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以通過棧接總線直接與SBS PC/104 CPU模塊及其他的SYSEXPANMODULE PC/104兼容的擴(kuò)展模塊棧接起來，為嵌入式系統(tǒng)提供429信號(hào)收發(fā)功能，接口模塊如圖16所示。

圖16 接線框圖

本系統(tǒng)中每塊429有三路接收數(shù)據(jù)：EECU1數(shù)據(jù)、EECU2數(shù)據(jù)、大氣數(shù)據(jù)；有一路發(fā)送數(shù)據(jù)：EECUN數(shù)據(jù)。

2.1.3 顯示模塊

采用VXWORKS及WINDML實(shí)現(xiàn)虛擬儀表，本系統(tǒng)采用雙緩沖區(qū)、顏色配置更新系統(tǒng)默認(rèn)位圖等方法解決了動(dòng)畫刷新時(shí)的圖像抖動(dòng)，系統(tǒng)默認(rèn)顏色不夠，動(dòng)畫圖像層疊刷新等問題，實(shí)現(xiàn)了高清實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬儀表方式和數(shù)字方式同時(shí)顯示所需參數(shù)。

每個(gè)通道的顯示模塊通過一個(gè)連接器與數(shù)據(jù)采集處理模塊和電源模塊相連接，在數(shù)據(jù)采集處理模塊控制下完成背光調(diào)節(jié)、顯示屏加熱和顯示。

顯示模塊控制原理框圖見圖17。

圖17 顯示模塊控制原理框圖

數(shù)據(jù)采集處理模塊與顯示模塊連接與控制原理如下：

1)數(shù)據(jù)采集處理模塊輸出RGB視頻信號(hào)控制LCD屏顯示；

2)數(shù)據(jù)采集處理模塊通過RS-232串行接口控制屏的背光調(diào)節(jié)；

3)數(shù)據(jù)采集處理模塊測(cè)試顯示模塊輸出的溫度信號(hào)，由處理器判別、控制屏加熱電路，為顯示屏提供加熱電源。

2.1.4 電源模塊

系統(tǒng)電源具有輸出電壓路數(shù)多、功率大、體積小并且輸入電壓范圍寬(17～30 V)，12 V(起動(dòng)期間 50秒)在斷電(50 MS)情況下要保證系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)電源板設(shè)計(jì)上采用高集成度的DC/DC模塊進(jìn)行串/并聯(lián)工作，同時(shí)采用自動(dòng)充放電儲(chǔ)能電路，并采用冷板散熱方式進(jìn)行熱傳導(dǎo)，電源模塊原理框圖如圖18所示。

圖18 電源模塊原理框圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)起動(dòng)、進(jìn)程管理、信息調(diào)度、接口管理、中斷處理等，本系統(tǒng)采用ANSI C語(yǔ)言。其中應(yīng)用軟件完成發(fā)動(dòng)機(jī)等數(shù)據(jù)處理和顯示與控制處理。軟件應(yīng)具有下述特性：

1)具有循環(huán)調(diào)度和優(yōu)先級(jí)排隊(duì)；

2)實(shí)時(shí)I/O管理能力；

3)支持系統(tǒng)自檢和維護(hù)測(cè)試；

4)模塊化軟件設(shè)置；

5)支持系統(tǒng)容錯(cuò)和降級(jí)功能；

6)具有高的軟件運(yùn)行可靠性。

2.2.2 軟件系統(tǒng)組成

系統(tǒng)軟件將DOS6.22下采用BORLAND C++和在VXWORKS開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行軟件的開發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)由主系統(tǒng)控制模塊、初始化模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、頁(yè)面顯示模塊、按鍵處理模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊組成，圖19為軟件系統(tǒng)框圖。

圖19 軟件系統(tǒng)框圖

2.2.3 系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)上電后自動(dòng)進(jìn)入初始化模式，在初始化模式下完成發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自檢和模板的通道參數(shù)設(shè)置等，然后對(duì)前面板共10個(gè)按鈕進(jìn)行掃描，并讀取按鍵狀態(tài)信息進(jìn)入相應(yīng)界面或執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理狀態(tài)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、液壓、燃油、滑油、大氣等參數(shù)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)計(jì)算與處理和超限判別，并將計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和送顯示頁(yè)顯示。

系統(tǒng)軟件流程圖見圖20。

圖20 系統(tǒng)軟件流程圖

2.3 余度管理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)成雙通道型式，每個(gè)通道具有獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集處理、顯示和電源。每個(gè)通道都能獨(dú)立采集和處理發(fā)動(dòng)機(jī)1、2，F(xiàn)ADEC1、2，大氣數(shù)據(jù)以及飛機(jī)其它參數(shù)和信息。

兩通道處理器之間通過RS232接口交換數(shù)據(jù)，進(jìn)行通道間的互檢和周期自檢。

在正常工作情況下，上通道顯示器作為主顯示器，顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的出口溫度(T4)，扭矩(TRQ)、轉(zhuǎn)速(ΔNG)等重要信息；下通道顯示器顯示燃油、滑油、電源等系統(tǒng)信息和系統(tǒng)故障信息。在飛機(jī)降落后顯示飛行報(bào)告等系統(tǒng)信息

在一個(gè)顯示器失效時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入降級(jí)工作模式，另一個(gè)正常通道顯示復(fù)合信息，以保證飛行正常進(jìn)行。在飛機(jī)降落后顯示飛行報(bào)告等系統(tǒng)信息。

1)正常工作情況下(二通道均有效)，顯示的頁(yè)面如圖21。

當(dāng)直升機(jī)著陸時(shí)，發(fā)參顯示系統(tǒng)通道2(下端顯示器)顯示飛行報(bào)告頁(yè)。

圖21 正常工作情況下(二通道均有效)，顯示的頁(yè)面

2)系統(tǒng)通道2失效時(shí)，通道1顯示的復(fù)合信息頁(yè)面如圖22。

當(dāng)直升機(jī)著陸時(shí)，發(fā)參顯示系統(tǒng)通道1(上端顯示器)顯示飛行報(bào)告頁(yè)。

圖22 系統(tǒng)通道2失效時(shí)，通道1顯示的復(fù)合信息頁(yè)面

3)系統(tǒng)通道1失效時(shí)，通道2顯示復(fù)合頁(yè)面如圖23。

當(dāng)直升機(jī)著陸時(shí)，發(fā)參顯示系統(tǒng)通道2(下端顯示器)顯示飛行報(bào)告頁(yè)。

圖23 系統(tǒng)通道1失效時(shí)，通道2顯示復(fù)合頁(yè)面

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研制的某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過了大量的地面試驗(yàn)和某型直升機(jī)上試飛試驗(yàn)，功能、性能滿足要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，目前該系統(tǒng)已在某型直升機(jī)上應(yīng)用。該技術(shù)為某型渦軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用起到了有力支撐和保證，在一定程度上推進(jìn)了我國(guó)航電系統(tǒng)綜合化、數(shù)字化的發(fā)展。同時(shí)對(duì)于航空故障診斷、預(yù)測(cè)和健康管理技術(shù)未來的發(fā)展起到有力支撐和推動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于雙余度發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)成功研制了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小、重量輕、精度高、可靠性高，在高噪音、高復(fù)雜的電磁環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)了故障準(zhǔn)確定位、故障診斷、提高飛行安全性及人機(jī)功效，適用于飛機(jī)、艦艇、裝甲、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)，該技術(shù)具有靈活的設(shè)計(jì)能夠很好的滿足用戶的不同需求，具有很好的通用性。

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[3] 鄭 勝.基于PC104主板的嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.

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Research and Application of Dual Redundant Engine Condition Monitoring Technology

Fang Haihua, Huang Lan

(AVIC Shanghai Aviation Measurement and Control Technology Research Institute, Shanghai 201601, China)

The application of dual redundancy engine condition monitoring technology in aircraft, ships, armored , automotive electronic control system can improve the security and reliability of aircraft, ships, armored, auto running. A turbo shaft engine as the research object，the dual redundancy engine condition monitoring technologies are studied， we develop a dual redundancy engine condition monitoring system，this paper introduces the overall design, hardware and software design of the system, redundancy design, the design of virtual instrument, and introduces the embedded PC/104 module in the design of dual redundant engine condition monitoring system. In order to make the scalability and adaptability of the condition monitoring system has better, this system is designed to work in two ways: airborne operation and ground test method. Automatic monitoring the state of the engine by the two way, to provide scientific basis for analysis of status, trend of engine fault diagnosis and condition based repair.The turbo shaft engine condition monitoring system using dual redundancy engine condition monitoring technology has got acorss extensive ground tests and flight tests in a certain type of helicopter,it can fulfil the requirements of function and has a good performance.At present, the system has been applied in a certain type of helicopter.

dual redundancy; turboshaft engine; state monitoring; PC/104; virtual instrument design

2016-04-10；

2016-05-10。

房海華(1983-)，黑龍江人，工程師，碩士，主要從事數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2016)09-0065-05DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp

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