航空电缆检测中的技术应用与分析

吕志召，朱凤高，郑卉婷

（中国人民解放军第5720 工厂，安徽芜湖 241000）

0 引言

当前，我国通过对工业设计思想的全面引入与科学运用，构建了以产品研发设计、材料采购运输、产品生产制造、订单多元处理、市场对接销售、售后服务等为基本环节的航空产品生产制造产业链条。尤其是C919 大飞机的研发成功，进一步推动了我国航空事业的深化发展。

现代飞机电气系统由各个子系统共同构成，作为基础配套设施，子系统中的电缆在其中起着重要作用。而且，强电系统与弱电系统之间的关联程度越来越高，对航空电缆的质量也提出了新要求。从当前航空电缆检测技术方面看，已经由传统时期的半自动化检测发展到了全自动化检测阶段。尤其在新时期，“十四五”规划建议提出数字化发展目标之后，在该目标牵引之下，航空电缆检测正在向着智能化方向升级。

1 系统需求分析

现代飞机中应用的电缆类型多样、使用环境苛刻，容易发生故障，而人工电缆检测方式费时费力且容易造成检测失误。所以，在新时期数字化发展目标下，很有必要设计出能化解此类问题的智能检测系统。从系统设计目标来看，需要根据航空电缆的使用功能和性能，将检测内容定位在导通性、绝缘性、数据传输性等方面，并根据自动化检测目标预设对通断、直流与绝缘电阻、数据收发校验方面的检测。尤其是在检测控制方面，需要结合主检测端、副检测端、绝缘检测端的无线化，来提高数据共享程度与检测协作效率。

2 系统设计及实现

2.1 系统框架

在系统框架设计中，主要包括系统功能、组成、智能检测流程。

（1）系统功能主要包括主副检测端与绝缘检测端的数据存储、显示、通信，主终端重点集中于解析待测电缆导通关系与阻值等测试数据规则并生成检测电缆数据；副终端则根据主终端提供的检测数据，完成缆芯搭接与显示，从而根据手持设备中的可视化交互功能，实现现场检测后的数据采集及上传。最后，由系统标记检测未通过线路。绝缘检测端与主检测终端的功能趋于一致。

（2）系统组成主要包括了导通与阻值检测、绝缘检测。例如，在主、副检测终端划分出功能模块，主终端功能模块由“待测电缆—导通检测电路—高精度A/D 采样—检测终端ARM 控制板（嵌入式）—无线数据接口”之间的相互关联关系构成。绝缘检测终端功能模块，则在“高精度A/D 采样—检测终端ARM 控制板（嵌入式）—无线数据接口”之前，增加了绝缘检测系统总线电路，借助总线电路连接了待测电缆、通道切换电路、绝缘测量电路、高压产生电路、控制选择电路。

（3）智能检测流程方面，对于导通与阻值的检测主要按照工段PC、主检终端、副检终端3 部分设置，工段PC 端先提供任务工单，并由主检终端依据任务配置终羰、生成检测流程，副检终端接收流程完成后，配合主检完成检测。待主终端完成检测并生成检测结果后，将数据上传到工段PC 端检测数据库。智能电缆绝缘检测流程按照工段PC 端与绝缘检测终端两大部分进行设置，绝缘检测终端根据工段PC 端提供的任务工单，依据任务配置终端生成检测流程，进入检测开始环节、生成检测结果，并将结果上传到工段PC 端，完成检测结果入库。需要注意的是，智能电缆综测系统的检测过程中，虽然设计了智能化系统，但是在检测操作实践中仍然需要采用“在线检测+现场检测”的基本模式，以保障终端设备检测与在线数据分析之间的关联性（图1、图2）。

图1 智能电缆导通和阻值检测流程

图2 智能电缆绝缘检测流程

2.2 硬件选型

硬件选型以主检测终端、副检测终端、绝缘检测终端为准，主要包括：

（1）检测探针：主终端为通断检测（直流阻值）探针和绝缘检测探针；副终端为通断检测探针；绝缘检测为绝缘电阻专用检测线。

（2）终端主控板：WLT-120R-AM20 工业触摸一体机。

（3）无线数传模块：HD-M805 Lora 板。

（4）导通检测及电阻测量取样模块：取样板PCB 自制；稳压模块为稳压模块以ANALOG DEVICE 的ADR01ARZ 10V 精密基准电压源芯片（美国）为准。

（5）高精度A/D 模块：YAV-USB-8AD 型号的A/D 转换芯片。

（6）绝缘检测模块：JG3618 绝缘电阻检测仪系列模块。

2.3 软件功能

软件设置中按照功能需求设置了工段PC、主副检测端软件、绝缘检测端软件。

（1）工段PC 主要负责制作任务清单、发送任务工单、接收并存储检测结果。PC 端的界面可以实现登录与注销。

（2）主副检测端软件设置了8 项主要功能，分别为本机自检、任务单解析、任务流程配置、无线数传接口、检测回路控制、指示灯提示音控制、检测结果获取、结果本地存储与查询等。其中，副检测端软件主要负责执行任务流程配置，完成各项检测任务中的通断检测与阻值检测。

（3）绝缘检测端软件与主检测端软件功能趋于一致。检测中采用继电器矩阵实施两两检测，旨在实现对地绝缘检测与缆芯间绝缘检测。

2.4 软件操作及检验

2.4.1 软件操作

软件操作方面主要分为两大部分，分别是导通和阻值检测操作与绝缘检测操作。

（1）在导通和阻值检测操作方面的流程设置以工段PC 端、主检测端、副检测端为准。在工段PC 端界登录后，可以向主检测端发送任务单。主检测端开机自检完成后根据收到的任务单进行解析，输入副终端ID 启动对应副终端。副终端完成开机自检后与主检测端进行交互，进入到任务流程配置环节，根据任务1、任务2、任务3…、任务n 配置任务。副检测端接收到任务流程后，执行任务1、任务2、任务3…、任务n 中的通断检测、阻值检测，并将任务1、任务2、任务3…、任务n 的检测结果，传递给主检测端，进而上传到工段PC 端，完成结果入库，最后完成界面注销。具体检测中，操作者只需要以界面显示中提示的信息，完成缆芯搭接便可完成操作。

（2）绝缘检测端与主检测端功能一致，因此在操作流程的设置方面基本一致，其中无须通过主检测端与副检测端的交互完成检测。仅需要在工段PC 端界面登录后，在绝缘检测端开机自检测正常条件下，根据收到的任务单，进行作任务单解析与任务流程配置，即可以完成对任务1、任务2、任务3…、任务n 的流程配置，并在任务1、任务2、任务3…、任务n 中，完成对地绝缘、缆芯间绝缘检测。并将每项检测结果上传到工段PC 端，完成结果入库与注销工作。

2.4.2 检验

检测内容包括电路检测和系统检定，具体如下：

（1）电路检测中包括了通断检测电路、阻值检测电路、绝缘检测电路。以通断检测电路为例，根据原理的不同，设置了两套检测方案：第一套方案根据缆芯正常导通与断路情况，以恒压源式检测为准；第二套方案以单线CAN 为准（收发器选用MC33897，飞思卡尔公司生产）。

（2）阻值检测电路中的按照测试电流与测试阻值之间的压降关系为准，采用了恒源两线制检测方案。

（3）绝缘检测电路方面则根据缆芯对地绝缘与缆芯之间的绝缘情况，选择了两种检测办法。

例如，在没有待测电路连接的情况下，可以根据R1、R2组成测量网络进行调试校准。在有待测电缆连接时，可以假定Ut为绝缘测试高压、Uo为取样电压、RX为绝缘电压，根据公式

当绝缘测试高压Ut为已知值时，可以实现对取样电压Uo的测量，并得到绝缘电阻RX的具体数值。例如，当Ut=500 V、R1=50 MΩ、R2=1 MΩ、RS=1 MΩ 时，根据上式可以得到。

在系统检定方面本次研究中根据市场化的交易原则，通过要素市场配置资源的功能拟选择中航工业631 研究所检定室完成本次开发方案的检定。本次研究中设计的航空电缆智能综测系统中的技术指标，包括电缆导通测量、阻值测量、主副检测端无线传输距离与通信速率、绝缘电阻测试范围以及系统测试故障率。

3 结束语

新时期航空电子电气技术的发展推动了航空电缆技术的转型升级，在飞机电气各子系统中的电缆类型相对多元。由于电缆设置于深埋结构之内，当短距离电能输送与控制信号传递时，容易受到多重因素影响并发生故障。因此，在传统人工检测不能满足实际检测需求的条件下，需要在航空电缆检测中设计智能检测方案。通过以上初步分析可以看出，在实际应用过程中，很有必要从故障诊断需求出发，精准定位航空电缆检测需求，并根据系统框架设计方案，选择匹配的硬件设备与软件功能，进而实现对航空电缆的智能化检测目标。

本方案自2020 年7 月完成电缆智能检测样机的工程设计方案到2021 年3 月进行现场测试及优化，实现了预期开发目标，已经获得有效应用。