航空電纜檢測中的技術應用與分析

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

當前，我國通過對工業設計思想的全面引入與科學運用，構建了以產品研發設計、材料采購運輸、產品生產制造、訂單多元處理、市場對接銷售、售后服務等為基本環節的航空產品生產制造產業鏈條。尤其是C919 大飛機的研發成功，進一步推動了我國航空事業的深化發展。

現代飛機電氣系統由各個子系統共同構成，作為基礎配套設施，子系統中的電纜在其中起著重要作用。而且，強電系統與弱電系統之間的關聯程度越來越高，對航空電纜的質量也提出了新要求。從當前航空電纜檢測技術方面看，已經由傳統時期的半自動化檢測發展到了全自動化檢測階段。尤其在新時期，“十四五”規劃建議提出數字化發展目標之后，在該目標牽引之下，航空電纜檢測正在向著智能化方向升級。

1 系統需求分析

現代飛機中應用的電纜類型多樣、使用環境苛刻，容易發生故障，而人工電纜檢測方式費時費力且容易造成檢測失誤。所以，在新時期數字化發展目標下，很有必要設計出能化解此類問題的智能檢測系統。從系統設計目標來看，需要根據航空電纜的使用功能和性能，將檢測內容定位在導通性、絕緣性、數據傳輸性等方面，并根據自動化檢測目標預設對通斷、直流與絕緣電阻、數據收發校驗方面的檢測。尤其是在檢測控制方面，需要結合主檢測端、副檢測端、絕緣檢測端的無線化，來提高數據共享程度與檢測協作效率。

2 系統設計及實現

2.1 系統框架

在系統框架設計中，主要包括系統功能、組成、智能檢測流程。

（1）系統功能主要包括主副檢測端與絕緣檢測端的數據存儲、顯示、通信，主終端重點集中于解析待測電纜導通關系與阻值等測試數據規則并生成檢測電纜數據；副終端則根據主終端提供的檢測數據，完成纜芯搭接與顯示，從而根據手持設備中的可視化交互功能，實現現場檢測后的數據采集及上傳。最后，由系統標記檢測未通過線路。絕緣檢測端與主檢測終端的功能趨于一致。

（2）系統組成主要包括了導通與阻值檢測、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）—無線數據接口”之間的相互關聯關系構成。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）—無線數據接口”之前，增加了絕緣檢測系統總線電路，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、高壓產生電路、控制選擇電路。

（3）智能檢測流程方面，對于導通與阻值的檢測主要按照工段PC、主檢終端、副檢終端3 部分設置，工段PC 端先提供任務工單，并由主檢終端依據任務配置終羰、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果后，將數據上傳到工段PC 端檢測數據庫。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行設置，絕緣檢測終端根據工段PC 端提供的任務工單，依據任務配置終端生成檢測流程，進入檢測開始環節、生成檢測結果，并將結果上傳到工段PC 端，完成檢測結果入庫。需要注意的是，智能電纜綜測系統的檢測過程中，雖然設計了智能化系統，但是在檢測操作實踐中仍然需要采用“在線檢測+現場檢測”的基本模式，以保障終端設備檢測與在線數據分析之間的關聯性（圖1、圖2）。

圖1 智能電纜導通和阻值檢測流程

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，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 工業觸摸一體機。

（3）無線數傳模塊：HD-M805 Lora 板。

（4）導通檢測及電阻測量取樣模塊：取樣板PCB 自制；穩壓模塊為穩壓模塊以ANALOG DEVICE 的ADR01ARZ 10V 精密基準電壓源芯片（美國）為準。

（5）高精度A/D 模塊：YAV-USB-8AD 型號的A/D 轉換芯片。

（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

軟件設置中按照功能需求設置了工段PC、主副檢測端軟件、絕緣檢測端軟件。

（1）工段PC 主要負責制作任務清單、發送任務工單、接收并存儲檢測結果。PC 端的界面可以實現登錄與注銷。

（2）主副檢測端軟件設置了8 項主要功能，分別為本機自檢、任務單解析、任務流程配置、無線數傳接口、檢測回路控制、指示燈提示音控制、檢測結果獲取、結果本地存儲與查詢等。其中，副檢測端軟件主要負責執行任務流程配置，完成各項檢測任務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施兩兩檢測，旨在實現對地絕緣檢測與纜芯間絕緣檢測。

2.4 軟件操作及檢驗

2.4.1 軟件操作

軟件操作方面主要分為兩大部分，分別是導通和阻值檢測操作與絕緣檢測操作。

（1）在導通和阻值檢測操作方面的流程設置以工段PC 端、主檢測端、副檢測端為準。在工段PC 端界登錄后，可以向主檢測端發送任務單。主檢測端開機自檢完成后根據收到的任務單進行解析，輸入副終端ID 啟動對應副終端。副終端完成開機自檢后與主檢測端進行交互，進入到任務流程配置環節，根據任務1、任務2、任務3…、任務n 配置任務。副檢測端接收到任務流程后，執行任務1、任務2、任務3…、任務n 中的通斷檢測、阻值檢測，并將任務1、任務2、任務3…、任務n 的檢測結果，傳遞給主檢測端，進而上傳到工段PC 端，完成結果入庫，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，在絕緣檢測端開機自檢測正常條件下，根據收到的任務單，進行作任務單解析與任務流程配置，即可以完成對任務1、任務2、任務3…、任務n 的流程配置，并在任務1、任務2、任務3…、任務n 中，完成對地絕緣、纜芯間絕緣檢測。并將每項檢測結果上傳到工段PC 端，完成結果入庫與注銷工作。

2.4.2 檢驗

檢測內容包括電路檢測和系統檢定，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，根據原理的不同，設置了兩套檢測方案：第一套方案根據纜芯正常導通與斷路情況，以恒壓源式檢測為準；第二套方案以單線CAN 為準（收發器選用MC33897，飛思卡爾公司生產）。

（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系為準，采用了恒源兩線制檢測方案。

（3）絕緣檢測電路方面則根據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R1、R2組成測量網絡進行調試校準。在有待測電纜連接時，可以假定Ut為絕緣測試高壓、Uo為取樣電壓、RX為絕緣電壓，根據公式

當絕緣測試高壓Ut為已知值時，可以實現對取樣電壓Uo的測量，并得到絕緣電阻RX的具體數值。例如，當Ut=500 V、R1=50 MΩ、R2=1 MΩ、RS=1 MΩ 時，根據上式可以得到。

在系統檢定方面本次研究中根據市場化的交易原則，通過要素市場配置資源的功能擬選擇中航工業631 研究所檢定室完成本次開發方案的檢定。本次研究中設計的航空電纜智能綜測系統中的技術指標，包括電纜導通測量、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測試故障率。

3 結束語

新時期航空電子電氣技術的發展推動了航空電纜技術的轉型升級，在飛機電氣各子系統中的電纜類型相對多元。由于電纜設置于深埋結構之內，當短距離電能輸送與控制信號傳遞時，容易受到多重因素影響并發生故障。因此，在傳統人工檢測不能滿足實際檢測需求的條件下，需要在航空電纜檢測中設計智能檢測方案。通過以上初步分析可以看出，在實際應用過程中，很有必要從故障診斷需求出發，精準定位航空電纜檢測需求，并根據系統框架設計方案，選擇匹配的硬件設備與軟件功能，進而實現對航空電纜的智能化檢測目標。

本方案自2020 年7 月完成電纜智能檢測樣機的工程設計方案到2021 年3 月進行現場測試及優化，實現了預期開發目標，已經獲得有效應用。