某型飞机油量表系统综合检查仪的设计

周玉平 ，申江江 ，2，齐银鹏

（1.海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041；2.海军航空工程学院 航空训练基地，山东 青岛 266109）

某型飞机油量表系统综合检查仪的设计

周玉平1，申江江1，2，齐银鹏1

（1.海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041；2.海军航空工程学院 航空训练基地，山东 青岛 266109）

针对某型飞机油量表系统检查效率低下的问题，基于自动检测和原位检测技术设计了一种油量表系统综合检查仪。该检查仪采用模块化设计，具有良好的人机接口，操作简单，适合内外场维修检查人员使用。实践表明该检查仪能够满足油量表系统及各部件维修检查需要，提高了工作效率。

油量表系统；综合检查仪；自动检测；STM32

飞机燃料（一般为航空煤油或汽油）是飞机飞行的动力来源，飞行过程中剩余燃油量是限制飞行时间和作战半径的重要参数，因此飞机上普遍安装有指示剩余燃油量的油量表，根据原理不同一般可以分为浮子式、电容式和叶轮式。某型飞机浮子杠杆式油量表系统部件多、信号交联复杂，在实际使用中故障率和虚警率均较高。该油量表系统传感器和指示器属于精密机电组件，目前使用维修或定检时主要依靠人工进行检查拆装，效率十分低下，影响飞机完好性和出勤率。

自动测试及原位检测技术是目前测试领域的发展趋势，利用智能仪器及自动化技术可以大大提高检测的效率。本文设计的油量表系统综合检查仪能够对某型飞机浮子杠杆式油量表系统及其分离部件进行综合检查，并具有满足现场原位检测、通用易用、综合化多功能的特点[1-2]。

1 系统组成和工作原理

油量表系统综合检查仪主要由计算机、通讯单元、STM32微控制器、自整角机模块、AD模块、控制切换模块、程控逆变电源、显示模块、测速放大器（SF1）及伺服放大器（SF2）组成。系统框图如图1所示。

系统以计算机为人机接口，通过测试仪内部STM32微控制器、控制切换模块等，分时控制不同油量表部件进行激励接通，对油量表传感器、指示器及组件变换装置的误差及协调速度性能进行检查。

2 硬件系统设计

测试仪系统采用模块式分体结构，方便外场组合、多层堆码。固式计算机测控系统、STM32微控制器系统和一套专用电缆均安装在2个安全箱内的构件槽里面。安全箱由美国Pelican公司生产，箱体外壳采用优质聚丙烯聚合物，其强度重量比要比普通铝材高4倍，不会锈蚀，不产生静电，安全性达到军用标准[3]。

图1 系统组成框图

2.1 STM32微控制器

STM32微控制器：采用基于ARM公司的高性能Cortex-M3内核的STM32微控制器，是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计。其具有 ADC、UART、SPI、IIC 等丰富外设，在 72 MHz时消耗电流36 mA（所有外设处于工作状态），待机时下降到 2 μA[4-6]。

2.2 控制切换模块

由于被检设备型号多，为节省仪器成本，共享仪器资源（电源、显示、角度转换模块等），设计了控制切换模块，其核心是由继电器构成的转换电路，由计算机控制完成不同附件的电路转换。继电器工作电源与计算机电源利用光电耦合器、磁耦合等方式进行隔离，保证系统工作的可靠性。图2为一个控制切换单元的结构图。为增强继电器工作可靠性，加入三极管增强驱动能力，加入续流二极管有效保护继电器线圈[7-9]。

图2 一个控制切换单元的结构图

2.3 标准角度测量装置

在标准角度测量装置中自整角机信号的发送与接收都是靠变压器式同步随动系统来完成的，要想模拟或测量同步器的输入或输出，必须实现自整角机/数字转换，数字/自整角机的转换[10-11]。

1）自整角机信号的接收：标准角度测量部件输出的角度信号为自整角机信号（模拟量），输入微控制器之前必须进行自整角机信号与数字量间的转换。采用ZSZ自整角机/数字转换器（A/D）将自整角机信号转换为数字信号，可直接与微处理器的数据总线相连，具有精度高、跟踪速度快、高可靠性等特点，可满足自整角机信号在数字采集处理系统中的应用。ZSZ转换器原理图如图3所示。

图3 ZSZ转换器原理图

2）自整角机信号的发送：改变传统的同步发送器输出自整角机信号的模式，采用SZZ数字/自整角机转换器将数字信号转换为自整角机信号，计算机控制方便，精度高。SZZ数字/自整角机转换器原理图如图4所示。

2.4 标准变换放大装置

测速放大电路（SF1）完成对测速反馈的误差信号的放大，电路如图5所示。伺服放大电路（SF2）完成对指示器随动系统的误差信号的放大，电路如图6所示。

图4 SZZ数字/自整角机转换器原理图

图5 测速放大电路（SF1）

图6 伺服放大电路（SF2）

2.5 电源方案

1）单相正弦波逆变电源

单相正弦波逆变电源是检查仪专用电源，主要针对油量表系统指示器和传感器的特点和要求设计。电源在输入直流27 V或市电220 V 50 Hz的情况下，通过内部单片机和电源变换模块的控制、变换、处理，可有效输出单相115 V 400 Hz交流电。单相正弦波逆变电源由CPU智能控制中心、上位机控制接口、键盘显示接口、电流电压温度采样模块、过流断路保护模块、光电隔离模块、驱动电路、DC/DC及AC/DC电源模块、IGBT模块、滤波电路等组成[12]。单相正弦波逆变电源结构如图7所示。

图7 单相正弦波逆变电源

2）SDC自整角机信号转换器及计算机电源

为保证检查仪计算机系统、SDC自整角机信号转换器及继电器等可靠供电，将输入27 V电源经DC/DC高精度变换模块变为±15 V、5 V、12 V给内部计算机系统、SDC自整角机信号转换器及继电器等供电[13]。检查仪电源与计算机系统电源和控制切换模块完全隔离，保证整个系统正常工作[14-15]。

3 软件系统设计

由于该检查仪测试部件及检测内容多，系统采用模块化程序设计，每一部件的检测均对应一程序模块。上电复位后，计算机首先初始化（自检、设置参数等），当初始化完成后显示测试装置提示符，此后处于等待状态，由操作员通过触摸屏（或键盘、鼠标）操作，使计算机协调调用各子程序模块进行检测，主控程序流程如图8所示。

图8 主控程序流程

4 结束语

文中设计的油量表系统综合检查仪能够完成对浮子杠杆式油量表系统及其分离部件进行综合检查工作，可实现原位检测，其模块化的结构设计可靠性高，操作简便并具有标准接口，能够对多种设备进行检测，提高了资源利用率，具有较好的推广价值。

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Design of a combined fuel gauge system checking instrument for an aircraft

ZHOU Yu-ping1，SHEN Jiang-jiang1，2，QI Yin-peng1
（1.Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Branch，Qingdao 266041，China；2.Aeronautical Training Center of Naval Aeronautical Engineering Institute，Qingdao 266109，China）

In order to improve inspection efficience of an aircraft's fuel gauge system，a combined fuel gauge system checking instrument was designed based on auto-detecting and online-detecting technique.The system wad designed by modular technique with good human interface and simple operation，which is suitable for maintenance inspection inside oroutside.The instrument can reach maintenance and inspection demand of fuel gauge system and its parts，which can alse improve working efficience.

fuel gauge system； combined checking instrument； auto-detecting； STM32

TN79；TH89

A

1674－6236（2017）16-0065-03

2016-06-18稿件编号：201606123

周玉平（1963—），男，河北正定人，高级工程师。研究方向：仪表技术及飞参系统应用。