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飞机电缆故障类型诊断方法分析

作者：赵虹；阿孜亚日期：2013-12-09 15:51 来源：《电子制作》

中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司设计研究院 723000

【文章摘要】
飞机电缆故障严重影响着飞机飞行过程的安全性、可靠性。随着科学技术的不断发展，越来越多的诊断方法被应用于飞机电缆故障中。本文主要针对当前飞机电缆故障中经常用到的诊断方法进行简单分析，并对其进行一定的改进，以其提高对于飞机电缆故障的诊断精度。
　　　
【关键词】
飞机；电缆故障；诊断；方法；研究
　　　
飞机电缆一旦发生故障，便会对飞机飞行安全造成巨大威胁。它是关联飞机航电、操作、电气、火控等各个系统以及为飞机的各个部件提供动力资源、数据信息、控制信号等最主要的神经网络。故障检测作为保障航空电缆质量的关键所在，在各个航空电缆生产企业中受到高度重视。
1 电缆故障检测的主要内容
电缆出现故障的主要类型有四种：击穿、短线、绝缘电阻偏低以及局部放电过量等。因此在对电缆故障进行检测时，最主要的对其导通状态进行检测，看其是否存在短路、短路、混线等故障，并对其故障发生的位置进行确定。除此之外，对其电阻也要进行检测，看其是否符合直流电压为500v 时，绝缘电阻此时大于20MΩ 的要求。
2 飞机电缆故障类型诊断方法
2.1 一般性诊断法
在对飞机电缆故障进行定位时，一般分四个步骤进行：第一步，判断故障的类型；第二步；选择最佳方法和仪器；第三步，粗侧定位；第四步，精确定位。一般在对飞机电缆故障类型进行诊断的方法有时域反射法、频域反射法、驻波反射频域法、高压电桥法等。
时域反射法简称TDR 法，它主要是利用电磁波在不同介质中的传播速度的差异进行测定。目前在飞机电缆故障中诊断方法中占有很大的应用比例。但该种方法存在一定的缺陷，主要表现为对电缆障碍点阻抗的变化情况过分依赖，在对高阻碍电缆故障及间歇故障时具有较大的难度。频域反射法和驻波反射频域法在诊断方法中也占有一定的比例，但其抗干扰能力较差，准确度较低，精度不够。
2.2 电缆厂内故障类型诊断方法分析
通过对实际生产过程中电缆故障的类型及检测方法进行总结分析，我们现对其制作、加工过程中出现的电缆故障进行分类，并针对不同的类型采用不同的检测方法进行具体阐述。
（1）击穿
电缆出现击穿故障的主要形式有三种：低阻击穿、高阻击穿、闪络形击穿。低阻击穿是由于在生产过程中造成电缆损伤，导致其线芯等出现短接，导致电阻很低。对此我们可以用低压脉冲法或是电桥法对其进行粗测定位，如果其电阻小于300Ω，便说明其存在问题。但在检测时，最好采用大电容的脉冲源，或是在检测时采用音频巡测法等进行相关辅助。对高阻击穿进行检测时，可以采用高压电桥进行故障定位，也可以采用脉冲声测法或是波反射法进行。如果发生的是线性高阻，则只能采用高压电桥的方式进行。对于这种故障的判定及定位比较简单，只用故障周围进行排查，便可以准确找到。对于闪络形击穿，由于故障发生的位置电阻比较高，在诊断时可以采用高压电测试法。
（2）断线
由于电缆截面比较大，因此其发生短线故障的现象十分少见。当期发生故障时，随之会出现短路的现象。对此我们可以采用波反射法进行检测。也可以采用音频探测法、脉冲声测发对其进行精确定位。
（3）绝缘性能低
电缆在生产及搬运过程中，出现划伤电缆塑料护层，或者是生产过程中出现裂纹或是沙眼等不良情况，从而导致电缆的绝缘电阻出现偏低的情况。对于橡皮绝缘电缆，虽然其对生产材料、工艺等要求都非常严格，但在实际生产检测中依旧存在许多问题，特别是出现绝缘电阻不符合生产标准的具体要求，出现偏低或不合格等现象。因此在对其进行检测时，我们可以在60kV 的高压下，对其采用高压电桥法进行故障检测并对其进行准确定位。
2.3 基于相位检测频域反射法的新型电缆故障诊断法
本文提出的新型的电缆故障诊断法主要是基于希尔伯特黄变换之上的，一种新的诊断方法。我们对其主要设计理念即思路整理如下：
（1）相位检测频域反射法
相位检测频域反射法主要是通过对入射波与反射波之间的相位差进行测量，从而确定电缆发生故障的具体位置。其具体过程是通过向电缆发射一段频率步长一定的正弦波，它会在电缆发生故障的地方产生反射。入射信号和反射信号同时被输进混频器。当其信号频率相似或一致时，其信号频率输出时便主要是一个直流电压信号，后经低通滤波器，得出具有直流分量的一个正弦波，用A/D 采样并用快速傅里叶进行转换，便会得到信号的峰值点。我们通过计算便可以得出电缆发生故障时的具体位置。
（2）系统算法
该设计主要包括两部分，一部分是对电缆故障的类型进行有效判断，第二部分便是准确计算出电缆发生故障的具体位置，也就是其离信号发射地点的距离。
通过PCI 数据采集卡收集的反射信号，并进行幅值叠加，并通过A/D 进行采样，后经HHT 进行去噪处理，得出故障发生位置电缆短路、短路的信号，对叠加信号幅值进行分析，即可判断出飞机电缆故障的具体类型。飞机电缆故障距离的计算便如上面的计算方式进行。通过试验分析，我们可以明确得出飞机电缆故障在反射信号为50MHz 时，其信号的幅值变化非常明显。因此可适用于飞机电缆故障2 米、3 米、5 米、7 米地点进行电缆短路、断路类型的精确判断。
3 结语
在本文中，我们主要对航空电缆在生产及加工过程中，常见的故障类型及诊断方法进行系统阐述，并基于相位检测频域反射法，设计一种新的检测方法。该设计主要是通过相位检测频域反射法，对飞机电缆故障发生的具体地点进行计算，并通过叠加幅值对其故障类型进行判断。通过对以上设计的试验分析，证明该设计具有较高的准确性及稳定性，因此可以被积极的应用于飞机电缆故障诊断中。
【参考文献】
荆涛，张璐，石旭东，甘敬松. 一种新颖的飞机电缆故障类型诊断方法.[J]. 自动化与仪表，2009，27 （10），153-155.