摘要：因此，有必要設計一種便攜式的飛機電纜檢測儀器，以便對機載系統線路進行分析與測試，實現對機載設備故障和線路故障快速準確的定位，本文對一種基於脈衝法的飛機電氣線路測試儀進行了研究。本文重點研究故障判斷及其定位方法，對檢測原理進行了詳細地分析，設計了電路原理圖，編寫了相應的軟件程序，並給出線路測試儀的基本構型。

飛機電氣線路故障檢測是飛機維護的一項重要內容，由於線路繁多佈局複雜，檢測起來較爲困難。本文設計了一種便攜式飛機線路多功能測試儀以解決這一難題，可以進行線路故障的檢測、分析和定位。

通過對飛機的各種線路故障進行分析、總結、分類及對各種檢測方法進行比較分析，確定脈衝檢測法方法爲測試儀的主要檢測方法。多功能測試儀主要實現線路故障性質確定、故障篩選和線路故障定位等功能。

本文重點研究故障判斷及其定位方法，對檢測原理進行了詳細地分析，設計了電路原理圖，編寫了相應的軟件程序，並給出線路測試儀的基本構型。

飛機內部導線會因爲機齡，或對水、紫外線、溫度、振動和過載的影響，以及在正常使用和維修期間所受的應力等老化問題。機齡超過20年的飛機肯定存在電線問題，其中許多問題是在例行機務維修期間發現的。

飛機電線的維修成本相當高，據估計，中國每年在飛機電線系統排故和修理方面要花費約180萬人工時。可見，要降低飛機電線故障維修成本，關鍵在於選用快速多功能測試儀表對電線故障進行分析定位，從而減少飛機故障排除時間。

飛機電纜檢測儀器常用的有兩種：萬用表和專用測量儀器。利用兩者檢測故障均存在缺點：利用萬用表只能對一束電纜中的每根電線逐個測試，需要花費許多時間，可靠性不高；一般的專用儀器採用有線數據傳輸的方法，在對飛機電纜進行測試的同時引入了大量的附加電纜，操作複雜。

因此，有必要設計一種便攜式的飛機電纜檢測儀器，以便對機載系統線路進行分析與測試，實現對機載設備故障和線路故障快速準確的定位，本文對一種基於脈衝法的飛機電氣線路測試儀進行了研究。

基於行播法的脈衝故障定位方法（略）

脈衝故障檢測法的原理是當在故障電纜芯上加脈衝電壓時，發射的脈衝在傳輸線上遇到故障點會產生反射，如果反射脈衝與發射脈衝的極性相同，表示故障性質爲斷線；如果極性相反，則表示接地故障，如圖1所示。本方法主要適用於電纜斷線故障和低電阻(l000Ω以下)接地故障。

圖1 脈衝故障定位示意圖

測試儀主要功能及工作原理

1、測試儀主要功能

便攜式飛機電纜智能測試儀系統採用無線發射、單片機控制與測試技術，實現了對飛機電纜的自動測試。其基本功能爲：(1)快速檢查飛機電纜線路的通、斷、短等狀態。(2)對機載設備線路故障進行快速準確的定位。(3)通過無線數據傳輸模塊與計算機進行數據傳輸，完成檢測任務的自動加載與檢測數據的傳送，通過計算機軟件完成故障分析。

飛機線路測試儀的主要功能是對飛機電氣線路故障的快速測試，及定位。

2、線路測試儀的工作原理（略）

(1) 線路故障的定性檢測

飛機線路測試儀的基本功能即飛機線路的短路，斷路等故障的檢測定性分析。其基本原理是根據所反饋回的脈衝波形來確定故障類型。線路在不同故障下所反饋回的波形有所不同，具體見圖3。

(2) 多端線路的斷路篩選

多端線纜的篩選檢測是飛機線路測試儀的一個主要研究對象。其原理基本如下：主機通過適配器接在被測電纜的一端，各子機則由適配器連在被測電纜另一端的多個接頭上，如圖4所示。

系統工作時，主機將一個恆流源信號按一定時間間隔逐一施加在被測電纜的各導線上，同時向各子機發出“開始檢測”指令，子機接收到指令後開始檢測電纜各導線的通斷狀態，並將數據保存在存儲器中。

待檢測完畢，各子機向主機發出“檢測完畢”信號，主機收到該信號後向子機發出“數據回傳”指令，子機將檢測數據通過無線傳輸到主機，主機通過接收到的導線通斷狀態判斷被測電纜線路的狀態，同時決策是否啓動斷纜測長電路，測量斷纜位置。

圖3 脈衝法故障檢測波形圖

圖4 多端線路檢測圖

(3) 線路故障定位

a、波速測定

欲知電纜故障點距測試端的距離，須要知道脈衝波在電纜中的傳播速度。經資料查詢精確測定出下述四種電力電纜的電波傳播速度爲：油浸紙電纜：V=160m/μs；交聯乙烯電纜：V=172m/μs；不滴流電纜：V=160m/μs；聚氯乙烯電纜：V=184m/μs。由於脈衝波在電纜中的傳播速度只與電纜介質有關，故將這四種常見的介質電纜的傳播速度在本儀器中預置。使用時只需選擇出實際電纜的傳播速度即可。

b、脈衝法故障定位

線路故障定位主要指輸電線路和光纜線路，飛機線路測試儀要兼顧這兩種線路故障的定位，既要能夠準確定位輸電線路故障同時也要能夠對飛機的一些光纜線路進行故障定位。在系統對電纜檢查完畢後，如果主機從無線傳輸模塊接收到的數據中發現有斷路信號，便通過繼電器將斷線切換到斷纜測長電路，進行斷點定位。斷路故障定位主要是利用電學中脈衝信號遇到斷路會產生回波這一原理設計的。

脈衝法故障定位就是當在故障電纜芯上加一脈衝電壓時，發射的脈衝在傳輸線上遇到故障點會產生反射。如果反射脈衝與發射脈衝的極性相同，表示故障性質爲斷線，如果極性相反，則表示接地故障。脈衝波往返的時間差

通過儀器的指示器示波系統表示出來，這樣便能迅速而又準確地確定故障點與測量端之間的距離。

線路故障測試儀的主體設計思想

由於飛機線路分佈範圍廣，往往是“一進多出”，因此線路測試儀的構造採用兩部分組成，即一臺主機、多分機及各種適配器一起組成，如圖5所示。

兩部分通過通信模塊進行信息交換。主機進行信號發出、信息存儲、分析和故障定位，分機則進行信號接收、判斷線路通斷、儲存信息並把信息傳輸給主機，再由主機判斷是何故障並進行故障定位。兩部分都由單片機控制，從而實現檢測的智能化。

1、主機部分

線路傳感器的主機主要由嵌入式計算機系統、恆流源、線路故障篩選電路、斷纜測長電路、顯示屏、無線傳輸模塊PTR2000等組成，如圖6所示。嵌入式系統構成測試儀的控制部分，主要包括單片機程序、I/O（含定時器）等。系統將各個元件結合起來，進行信號採集、存儲和計算等。

圖5 電纜檢測儀方框圖

圖6 主機方框圖

(1) 線路故障篩選電路

爲了避免電纜上壓降損耗產生的測量誤差，系統的測試激勵選用恆流源，恆流源的核心元件爲集成恆流源LM334，LM334是一個三端可調集成恆流源，採用金屬封裝，當外部設定電阻Rset爲10千歐，在的LM334輸人端施加27 V直流電壓時，在輸出端就能產生10 mA左右的電流。

(2) 斷路定位電路設計

在系統對電纜檢查完畢後，如果主機從無線傳輸模塊接收到的數據中發現有斷路信號，便通過繼電器將斷線切換到斷纜測長電路，進行斷點定位。斷路定位電路是根據電學中脈衝信號遇到斷路會發生反射設計的。

a、主電路設計

該電路利用程序控制I/O口產生一個寬度爲4µs的負脈衝作爲檢測的交流信號，在脈衝的下降沿啓動定時計數器開始計數；在脈衝的上升沿開放與非門U1當脈衝反射波返回來經濾波放大後，變爲一個寬度爲4µs的正向脈衝時，在脈衝的上升沿使定時器停止計時，從而獲得脈衝在導線中的傳輸時間值，根據電磁信號在導線中的傳播速度，即可計算出斷線的位置，從而完成故障定位。如圖7所示。

b、脈衝電壓源設計

爲了研究電纜低壓脈衝響應，設計了實用的可調脈衝電壓源，電路原理如圖8所示。74LS123的A口與單片機P2.0口相連，74LS123的B和CLK端接高電平。當脈衝發射按鈕按下後單片機(AT89C51)產生中斷，在中斷服務程序中，使單片機P2.0口產生一個負電壓脈衝，則在74LS123的輸出端Q就會產生正脈衝信號，通過對脈衝信號進行放大和跟隨，可以增加其帶負載能力。實際脈衝電壓上升時間小於40ns。

脈衝寬度計算近似公式爲W=K*(R4+Rp)*C,其中K爲比例係數，一般取0.3～0.5之間。脈衝寬度由電阻R1，進行調節，脈衝寬度設置爲4µs到9µs可調。

圖7 主測試電路圖

圖8 脈衝電壓源電路圖

2、分機部分

系統的分機是一個單片機系統，其硬件結構包括：AT89C51單片機、標準電阻、多路選通器、無線傳輸芯片、電源電路等。根據主機發出的指令，對多片多路數據選擇器構成的輸入接口進行巡檢，並且把巡檢數據存儲在存儲器中，當檢測完成後向主機發出“檢測完畢”指令；當接收到主機發出的“數據回傳”指令後，各子機按照約定順序將數據通過無線傳輸模塊傳送給主機。

由於子機採用電池供電，所以在長時間使用的過程中電池的電壓會產生衰減，爲此採用了BAWOS構成的穩壓電路對輸人電壓進行穩壓處理。

多段線路的篩選工作主要是由分機和主機共同完成的，主要包括信號採集、判斷、存儲與發送等。信號採集判斷主要由AT89C51來完成。這裏擬定16個分機，即設16個信號採集點，信號通過前向通道分別進入AT89C51的P1(0～7)和P2(0～7)，如圖9：