技术领域
[0001] 本
发明属于航空发动机试验领域，具体涉及一种航空发动机电气系统线路自动检测装置
背景技术
[0002] 随着技术进步，航空发动机控制系统已发展成为电调、全权限数字控制系统，其电气附件及线路逐步增多。航空发动机电气系统线路是连接
控制器、机载
传感器/电气附件、操纵等各系统，为发动机各部件提供动
力电源、控制
信号和数据信息的神经网络。通过一定的技术手段对电气系统线路检测可以提前发现台架电气及发动机附件设备的大部分电气逻辑故障。因此，航空发动机电气系统线路检测这一关键环节已受到各方面的高度重视。
[0003] 目前，线缆检测仍然采用万用表、兆欧表或指示灯按工艺规程采用手工对线缆束的
导线逐根、逐点搭接的方式来判断每条
连接线的通断和绝缘情况，可靠性差，效率极低。
[0004] 市面上的线缆自动检测装置通常具备线缆通断性等检测功能，能在一定程度上实现线缆的半自动检测，提高检测效率及准确率。但是在航空发动机试车行业的应用仍存在以下几个方面的问题：
[0005] 1)功能较为单一，部分仪器具有线缆点对点的通断性，绝缘性和耐压性检测功能，但是对线缆连接对应关系、机载附件的阻值检测和
开关量检测功能却往往不具备，无法完全满足航空发动机试验前检测程序要求；
[0006] 2)在航空发动机等特殊领域，要求检测装置高
精度、高可靠性等，而市面采用
电子模拟开关的检测装置，导通
电阻偏大，一般为数欧姆至数十欧姆左右，从而引入测量误差；并且集成多路模拟开关工作
电压有限，不适用于绝缘及耐压检测；
[0007] 3)另一方面，由于其测试数据量大(通常线缆数量多达数百芯)、采用继电器阵列的设备体积庞大，增大测试系统的体积和重量，其次继电器需要驱动
电路会增加电路的复杂度降低系统可靠性；再者继电器工作时由开关噪声且功耗较大。
发明内容
[0008] 发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种航空发动机电气系统线路检测的自动化装置。该装置基于超多路自动机械开关设计，可完成对发动机的连接线缆进行通断性、绝缘性检测、耐压检测；对发动机的传感器阻值等进行测量确认；对台架电气系统的开关量进行逻辑检测等工作。
[0009] 发明内容：本发明提供了一种航空发动机电气系统线路自动检测装置，所述装置包括检测机械部件、主控部件和检测电路部件，
[0010] 所述检测机械部件包括
外壳(6)，所述外壳(6)中空，外壳(6)内设有两个单极多路机械开关(3)和两个双极多路机械开关(4)，所述单极多路机械开关(3)和双极多路机械开关(4)固定于设置在外壳(6)内的
支架(2)上；
[0011] 所述外壳(6)的前面板上设有
触摸屏一体机(1)、电源按钮(7)和电源指示灯(8)；
[0012] 所述外壳(6)的后面板设有
风扇(10)、4个转接插座(11)以及电源插座(12)；
[0013] 所述主控部件设于触摸屏一体机(1)内，
[0014] 所述检测电路部件设置于
电路板(5)上，所述电路板(5)设于单极多路机械开关(3)和双极多路机械开关(4)上。
[0015] 优选的，所述单极多路机械开关包括步进
电机(3-7)、固定于步进电机(3-7)上的绝缘
底板(3-8)以及与步进电机旋
转轴通过中心部位的平键(3-11)固定的旋转盘(3-10)；
[0016] 所述绝缘底板(3-8)的一侧臂上从端点到中心
位置方向依次设有
铜指片(3-2)、
螺栓孔(3-4)和金属滑槽(3-5)，所述铜指片(3-2)下方设有穿线孔(3-3)，所述螺栓孔(3-4)上方固定有电路板(5)，所述金属滑槽(3-5)下方设有穿线孔(3-6)，另一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片(3-2)和电路板(5)；
[0017] 所述旋转盘的一端设有
金属弹片(3-1)、和
锁紧螺钉(3-11)，所述锁紧螺钉(3-11)与所述环形金属滑槽(3-5)内设有的铜滑
块(3-12)连接；
[0018] 所述绝缘板边缘的铜指片(3-2)通过穿线孔引线接至转接插头(11)上，所述环形金属滑槽(3-5)通过穿线孔(3-6)引线接至电路板(5)，与滑块(3-12)和金属弹片(3-1)构成检测回路；
[0019] 所述步进电机(3-7)通电工作后，带动金属弹片(3-1)在铜指片(3-2)排上依次刷过，形成可控的闭合回路。
[0020] 优选的，所述双极多路机械开关包括步进电机2(4-7)、固定于步进电机2(4-7)上的绝缘底板2(4-8)以及与步进电机2(4-7)
旋转轴通过中心部位的平键2(4-11)固定的旋转盘2(4-10)；
[0021] 所述绝缘底板2(4-8)的一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片2(4-2)、螺栓孔2(4-4)和金属滑槽2(4-5)，所述铜指片2(4-2)下方设有穿线孔2(4-3)，所述螺栓孔2(4-4)上固定有电路板(5)，所述金属滑槽2(4-5)下方设有穿线孔2(4-6)，另一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片2(4-2)、电路板(5)和金属滑槽2(4-5)；
[0022] 所述旋转盘的一端设有金属弹片2(4-1)、和锁紧螺钉2(4-11)，所述锁紧螺钉2(4-11)与所述环形金属滑槽2(4-5)内设有的铜滑块2(4-12)连接，另一端设有铜滑块2(4-12)，与所述金属滑槽2(4-5)内的锁紧螺钉2(4-11)连接；
[0023] 所述绝缘板边缘的铜指片2(4-2)通过穿线孔2(4-3)引线接至转接插头(11)上，所述环形金属滑槽2(4-5)通过穿线孔2(4-6)引线接至电路板(5)，与滑块2(4-12)和金属弹片2(4-1)构成检测回路；
[0024] 所述步进电机2(4-7)通电工作后，带动金属弹片2(4-1)在铜指片2(4-2)排上依次刷过，形成可控的闭合回路。
[0025] 优选的，所述主控部件包括STM32F407的
主控制器模块、显示和触摸模块、电源系统模块、电机驱动模块、485/422通信
接口、线路绝缘通断检测模块、发动机附件阻值检测单元、发动机电源测试单元、台架电气开关量输入输出检测单元、机械开关控制接口；
[0026] 所述主控制器模块负责总揽全局、任务处理及管理其他模块；
[0027] 所述电源系统模块将输入的交流220V电源变换成系统需要的50V、5V/3.3V、10V及24V电源；
[0028] 所述485/422通信单元主要用于检测数据文件的输入\输出、配置测试单元文件、与PLC系统通信完成人机操纵界面信号的测试；
[0029] 所述发动机线缆测试单元用于完成线缆测试相关需求；
[0030] 所述发动机附件电阻测试单元用于实现对发动机附件阻值测试的需求；
[0031] 所述发动机电源测试单元用于测试发动机控制系统电源状况；
[0032] 所述机械开关控制接口用于驱动机械开关配合完成前述测试过程。
[0033] 优选的，所述检测电路部件包括通断性检测与绝缘检测电路、发动机阻值检测电路和开关量检测电路。
[0034] 优选的，所述通断性检测与绝缘检测电路用于判断两端接口之间线路连接的正确性、导通性以及相对独立的线路之间是否导通或存在
泄漏电流；
[0035] 所述通断性检测与绝缘检测电路为两个单极多路机械开关上的电路板形成的回路，待检测的发动机电气控制柜通过两个转接插口11接通在回路中，所述电路板上设有电压检测电路，用于检测电路中的待测电阻的电压。
[0036] 优选的，所述发动机阻值检测电路用于在发动机试验前，对各设备阻值进行测量；
[0037] 所述发动机阻值检测电路为双极多路开关上的电路板中的回路，所述待测发动机和发动机电气控制柜通过转接插口11
串联接通在回路中，所述双极多路开关上的电路板设有电压检测电路，用于检测电路中待测电阻的电压。
[0038] 优选的，所述开关量输入/输出检测电路用于对控制系统的操纵开关量进行逻辑检测；
[0039] 所述开关量检测电路为双极多路开关上的电路板中的回路，所述台架电气控制系统和发动机电气控制柜通过转接插口11串联接通在回路中，所述双极多路开关上的电路板设有电压检测电路，用于检测电路中待测电阻的电压；
[0040] 所述主控部件检测所述开关量检测电路中的回路情况，将信号通过通讯
电缆发送给所述台架电气控制系统中的PLC组件，PLC组件控制所述台架电气控制系统中的继电器的接通来接通回路，用于对其进行检测。
[0041] 有益效果
[0042] 1)本发明所提供的航空发动机电气线路自动检测装置的测量效率高，采用防错插拔
电连接器，使用方便快捷，一键式自动控制方式的应用解放了不必要的劳动力，为试车准备节省了大量的人工成本和时间成本。使用人工检测需要2～3人耗时1～1.5个工作日；而采用自动检测装置，仅需一人耗费0.5～1个小时即可生成完整的检测报表。
[0043] 检测的效率大大提高；
[0044] 2)本发明所提供的航空发动机电气线路自动检测装置的测量精度高。航空发动机上部分传感器或线圈的阻值小于1欧姆。而使用三用表进行检测其零点阻值即有1～1.5欧姆，而采用电子开关控制的检测装置，其零点阻值一般在0.1欧姆左右，而采用机械开关，零点阻值可忽略不计。提高了发动机阻值测量的精确度；
[0045] 3)本发明所提供的航空发动机电气线路自动检测装置的功能齐全。本装置具有通断性检测、绝缘性检测、耐压检测、传感器阻值测量、开关量检测等功能，同时具有一定的故障
定位能力，更好的适应于航空发动机试车台电气系统检测。
[0046] 4)本发明所提供的航空发动机电气线路自动检测装置设计了合理机械自动开关，结构简单紧凑，结合电气系统检测经验设计了多功能自动检测电路。能够实现航空发动机试车台上的电气系统自动检测，并能保证良好测试精度及测试效率，在航空发动机试验中应用效果良好。
附图说明
[0047] 图1本发明所提供的自动监测装置结构轴测图
[0048] 图2本发明所提供的自动监测装置结构后视图
[0049] 图3本发明所提供的自动监测装置的立体图
[0050] 图4本发明中单极多路机械开关的俯视图
[0051] 图5本发明中单极多路机械开关的剖视图
[0052] 图6本发明中双极多路机械开关的俯视图
[0053] 图7本发明中双极多路机械开关的剖视图
[0055] 图9通断性及绝缘性检测电气原理图
[0056] 图10发动机附件阻值检测电气原理图
[0057] 图11台架电气系统开关量输入检测电气原理图
[0058] 其中：1触摸屏一体机，2支架，3单极多路机械开关，4双极多路机械开关，5电路板，6外壳，7电源指示灯，8电源按钮，9
橡胶圆垫，10
电风扇，11转接插座，12 220V电源插座，3-1金属弹片、3-2铜指片、3-3穿线孔、3-4螺栓孔、3-5环形金属滑槽、3-6穿线孔、3-7步进电机、
3-8绝缘底板、3-9夹紧件、3-10平键、3-11锁紧螺钉、3-12铜滑块、4-1金属弹片2、4-2铜指片
2、4-3穿线孔2、4-4螺栓孔2、4-5环形金属滑槽2、4-6穿线孔2、4-7步进电机2、4-8绝缘底板
2、4-9夹紧件2、4-10平键2、4-11锁紧螺钉2、4-12铜滑块2。
具体实施方式
[0059] 下面根据附图1-11对本发明做进一步描述，
[0060] 如图1-8所示，为本发明所提供的自动检测装置的结构示意图，本发明所提供的装置包括检测机械部件、主控部件和检测电路部件，
[0061] 检测机械部件包括外壳(6)，所述外壳(6)中空，外壳(6)内设有两个单极多路机械开关(3)和两个双极多路机械开关(4)，所述单极多路机械开关(3)和双极多路机械开关(4)固定于设置在外壳(6)内的支架(2)上；
[0062] 外壳(6)的前面板上设有触摸屏一体机(1)、电源按钮(7)和电源指示灯(8)；
[0063] 外壳(6)的后面板设有风扇(10)、4个转接插座(11)以及电源插座(12)；
[0064] 主控部件设于触摸屏一体机(1)内，
[0065] 检测电路部件设置于电路板(5)上，所述电路板(5)设于单极多路机械开关(3)和双极多路机械开关(4)上。
[0066] 单极多路机械开关包括步进电机(3-7)、固定于步进电机(3-7)上的绝缘底板(3-8)以及与步进电机旋转轴通过中心部位的平键(3-11)固定的旋转盘(3-10)；
[0067] 绝缘底板(3-8)的一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片(3-2)、螺栓孔(3-4)和金属滑槽(3-5)，所述铜指片(3-2)下方设有穿线孔(3-3)，所述螺栓孔(3-4)上方固定有电路板(5)，所述金属滑槽(3-5)下方设有穿线孔(3-6)，另一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片(3-2)和电路板(5)；
[0068] 旋转盘的一端设有金属弹片(3-1)、和锁紧螺钉(3-11)，所述锁紧螺钉(3-11)与所述环形金属滑槽(3-5)内设有的铜滑块(3-12)连接；
[0069] 绝缘板边缘的铜指片(3-2)通过穿线孔引线接至转接插头(11)上，所述环形金属滑槽(3-5)通过穿线孔(3-6)引线接至电路板(5)，与滑块(3-12)和金属弹片(3-1)构成检测回路；
[0070] 步进电机(3-7)通电工作后，带动金属弹片(3-1)在铜指片(3-2)排上依次刷过，形成可控的闭合回路。
[0071] 双极多路机械开关包括步进电机2(4-7)、固定于步进电机2(4-7)上的绝缘底板2(4-8)以及与步进电机2(4-7)旋转轴通过中心部位的平键2(4-11)固定的旋转盘2(4-10)；
[0072] 绝缘底板2(4-8)的一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片2(4-2)、螺栓孔2(4-4)和金属滑槽2(4-5)，所述铜指片2(4-2)下方设有穿线孔2(4-3)，所述螺栓孔2(4-4)上固定有电路板(5)，所述金属滑槽2(4-5)下方设有穿线孔2(4-6)，另一侧臂上从端点到中心位置方向依次设有铜指片2(4-2)、电路板(5)和金属滑槽2(4-5)；
[0073] 旋转盘的一端设有金属弹片2(4-1)、和锁紧螺钉2(4-11)，所述锁紧螺钉2(4-11)与所述环形金属滑槽2(4-5)内设有的铜滑块2(4-12)连接，另一端设有铜滑块2(4-12)，与所述金属滑槽2(4-5)内的锁紧螺钉2(4-11)连接；
[0074] 绝缘板边缘的铜指片2(4-2)通过穿线孔2(4-3)引线接至转接插头(11)上，所述环形金属滑槽2(4-5)通过穿线孔2(4-6)引线接至电路板(5)，与滑块2(4-12)和金属弹片2(4-1)构成检测回路；
[0075] 步进电机2(4-7)通电工作后，带动金属弹片2(4-1)在铜指片2(4-2)排上依次刷过，形成可控的闭合回路。
[0076] 主控部件包括STM32F407的主控制器模块、显示和触摸模块、电源系统模块、电机驱动模块、485/422
通信接口、线路绝缘通断检测模块、发动机附件阻值检测单元、发动机电源测试单元、台架电气开关量输入输出检测单元、机械开关控制接口；
[0077] 主控制器模块负责总揽全局、任务处理及管理其他模块；
[0078] 电源系统模块将输入的交流220V电源变换成系统需要的50V、5V/3.3V、10V及24V电源；
[0079] 50V电源主要用于线缆通断性、绝缘性及耐压性检测用，5V/3.3V电源主要用于控制级及其他模块，10V电源用于检测发动机附件电阻测量电路，24V电源用于开关量输入检查。
[0080] 485/422通信单元主要用于检测数据文件的输入\输出、配置测试单元文件、与PLC系统通信完成人机操纵界面信号的测试；
[0081] 发动机线缆测试单元用于完成线缆测试相关需求；
[0082] 发动机附件电阻测试单元用于实现对发动机附件阻值测试的需求；
[0083] 发动机电源测试单元用于测试发动机控制系统电源状况；
[0084] 机械开关控制接口用于驱动机械开关配合完成前述测试过程。
[0085] 主控系统采取
人机交互模式，人机交互主要包括测试输入、输出文件以及人机操作界面，其中人机操作界面用于操作人员的指令性输入和测试系统状态的反馈与显示，包含上、下位机及PLC
软件三个部分。
[0086] 上位机软件采用MFC开发，主要用于操作人员配置测试文件、控制实施测试过程、显示系统运行状态和测试结果、存储历史数据等功能。首先操作人员登陆系统，新建一个发动机测试文件，该新建文件主要是对该型发动机电气线缆测试、发动机附件电阻测试、电源测试以及操作台
数字量输入输出测试进行配置，配置完成之后可以保存。发动机测试文件只需要配置一次，后期如有改动可以在当前即应配置好的测试文件
基础上查询和
修改。然后操作人员根据当前需要测试的发动机类型，调取已经配置好的发动机测试文件并通过通讯接口下载到下位机，在现场测试人员的配合下启动发动机电气系统的测试。最后测试结果通过通讯接口上传到上位机，以表格的形式进行显示，对测试的结果根据不同的测试结论以不同的
颜色进行显示，方便操作人员查看有哪些故障、是什么故障类型。测试结果可以存档。
[0087] 下位机软件基于FreeRTOS嵌入式
操作系统开发，采用C语言编程。主要完成接受来自上位机的测试文件输入、在上位机的控制下完成发动机电气系统测试、将测试数据和系统状态自动上报上位机等功能。
[0088] 检测电路部件包括通断性检测与绝缘检测电路、发动机阻值检测电路和开关量检测电路。
[0089] 如图9所示，为通断性及绝缘性检测电气原理图，本发明的通断性及绝缘性检测电路原理如下：
[0090] 航空发动机电气控制线路主要用于连接发动机侧接口与数字控制器接口、或台架电气接口与数字控制器接口两种情况。发动机电气线路通断性检测主要判断两端接口之间线路连接的正确性、导通性，即应当连接的线路对应关系正确，不存在
短路、断路状况。绝缘性检测即相对独立的线路之间不应当导通或存在泄露电流。下述电路可同时完成线路的通断性和绝缘性检测。
[0091] 发动机电气控制柜与转接线缆1、转接线缆2、自动监测装置的插头A、自动监测装置的插头B、单极多路机械开关1、单极多路机械开关2以及相关电压检测线缆组成导通性及绝缘性检测电气回路。其中R1取9kΩ，R2取1kΩ，R3取35kΩ，R4取5kΩ。检测开始后，设定多路开关检测盘转动步长。A航插检测盘走一步，B航插所有针脚巡检一圈，如此循环。主控软件自动记录A、B针脚对应的检测盘步位、电压检测电路1及电压检测电路2检测的电压值。当电压检测电路2检测到电压值为5V，则表示该线路导通，再对比线路针脚导通表判断该线路是否应当导通，不应当导通则表示线路故障。
[0092] 在巡检过程非导通对应关系的其他针脚状况下进行线路绝缘性检测，由电压检测电路1判断是否存在泄
漏电流，当电压检测电路1的检测电压为1V时，则表示对应的线路绝缘正常，而电压检测电路1的检测电压明显大于1V时，则表示两针脚对应的两段线路存在绝缘电阻，绝缘损坏，线路绝缘阻值经由电压检测电路1上的电压值换算获得。
[0093] 此外航空发动机数字控制器的供电电源为28V，控制器电路、机载传感器、附件等工作电压均为28V以下，采用直流50V电源检测同时起到对线路的耐压性进行考验的作用。
[0094] 如图10所示，为发动机附件阻值检测电气原理图，本发明中的发动机附件阻值检测电气电路原理如下：
[0095] 航空发动机试验前，同时应对发动机机载电气附件的状态进行确认，保证各类传感器、电磁
阀等设备的正常工作，其检测手段主要依靠对各设备阻值进行测量，检验其是否在正常的初始状态。依据航空发动机电气系统检测经验，各类传感器、
电磁阀的阻值类型包括(a)、(b)、(c)三种。为了保证检测的状态尽量接近真实试验的状态，一般将发动机控制线缆一同接入发动机后一并进行检测。
[0096] 发动机电气控制柜与转接线缆3、发动机附件设备、自动监测装置的插头A、双极多路机械开关3以及相关电压检测线缆组成发动机附件阻值检测电气回路。发动机机载附件电阻一般存在(a)、(b)、(c)三种情况，通过转接线缆3将被测附件阻值插头引脚转换为C插头相邻引脚。航插接口各回路阻值可采用多路机械开关实现对相邻引脚进行测量。发动机电气附件标准电阻值范围在2～2kΩ，大部分阻值集中在100Ω左右，因此R5、R6、R7均取200Ω。阻值测量精度由测量桥路电阻精度、
放大器精度、电路所产生的额外干扰等因素综合决定。对于本装置阻值测量精度，采用16位AD转换模块，其转换精度约0.03Ω。这样既兼顾测量范围，又能保证测量精度要求。
[0097] 如图11所示，台架电气系统开关量输入检测电气原理图，本发明的台架电气系统开关量输入检测电气电路原理如下：
[0098] 航空发动机试验前电气系统还需要对控制系统的操纵开关量进行逻辑检测。该检测要求将台架操纵系统(台架控制PLC)与发动机电气控制柜作为一个整体进行测量，以保证控制器指令开关量信号的正确性。
[0099] 发动机电气控制柜与转接线缆4、台架电气控制系统、自动监测装置的插头D、双极多路机械开关4以及相关电压检测线缆组成开关量输出逻辑检测电气回路。其中R8、R9均取25kΩ。该项检测需要将台架电气控制系统的PLC与自动检测装置通讯进行联合检测。检测开始后，PLC软件置于检测模式，自动检测装置控制双极多路机械开关4转动至被测回路。同时自动检测装置发出使能信号，PLC将台架被对应测回路继电器接通，当电压检测电路4检测到被测电压为5V左右后，PLC控制继电器断开，则检测电压为0，表示该回路控制逻辑无误。其他情况均表示该回路控制逻辑存在故障，并给出电压检测报表以供故障分析。
[0100] 开关量输入检测电气原理即开关量输出检测电气原理逆向使用。由自动检测装置给入台架电气系统24V直流电压。当机械开关运行到相应的回路，PLC开关输入模块采集到
高电平信号；而机械开关未接通该回路时，PLC开关输入模块采集到低电平则表示该回路无误。其他情况均表示该回路控制逻辑存在故障，并给出电压检测结果以供故障分析。
[0101] 以上所述仅为本发明的较佳
实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
