民用飞机全机电缆自动化测试系统研究

摘 要

机上电缆完整性测试（英文名为Wire Integrity Test，以下简称WIT）是飞机总装生产过程中的一项重要工作，在安装机载设备之前，必须进行机上电缆完整性测试这项工作，以保证飞机的各个系统功能正常，确保飞行安全。本篇将从测试技术指标及测试系统硬件/软件需求等方面分析研究，自主设计研究一整套较为先进的民用飞机机上电缆完整性自动测试设备系统。旨在通过此电缆自动化测试设备，提高劳动生产率，缩短生产周期，提高测试准确性，保证全机电缆及受试二极管、电容、继电器、开关、保险丝等电子电气元件的可靠性，并能迅速诊断测试故障类型和部位。

【关键词】导通测试 绝缘测试 转接电缆 总线电缆 自动测试

现代民用飞机集当今世界最尖端科技于一体，而它的机载设备更是反映了众多专业门类的科技成果。随着航空技术的高速发展，机载设备相应的系统不断更新，各系统之间的信号交联关系越来越错综复杂。飞机上繁杂的电缆，数以千计的导线，数以万计的接头检测点，不能有半点差错，否则就容易造成飞机某些功能失常。民用飞机在进行全机电缆完整性测试时有数万个测试点，如果完全以人工方式来完成检测，所产生的大量非数字化的字符信息往往难以进行处理。对于复杂的飞机整机线缆的检测，则不得不投以大量的人工进行实施，并导致了很多不确定的人为因素的介入，从而更大地提高了造成人为差错的可能性。自主设计研制一套较为先进的民用飞机全机电缆完整性自动测试设备，并投入应用，不仅可以大大提高劳动生产率，而且可以提高测试准确性。因此，进行全机电缆完整性自动测试技术研究，是民用飞机研制中必不可少的一项关键工作。

1 测试功能要求及技术性能指标

1.1 测试要求及技术指标

研制的机上电缆完整性自动测试系统产品应实现以下测试要求及技术指标：

（1）电缆的导通自动测量和电阻值自动测量，采用恒电流法测试：恒电流法测试导通电阻范围：0.1Ω～300kΩ，可预设门限和直读。

（2）电缆与电器的绝缘电阻测试，采用恒压法测试：恒电压法测试绝缘电阻范围：0.01MΩ～1GΩ。

（3）电缆的耐压测试：耐压测试电压范围100 VAC～1000VAC，可调步进不大于10V， 精度±3%。

（4）继电器功能自动测试：继电器的激励电压，200个为DC28V，50个为AC115V/400Hz。

（5）二端电容测试：电容测试范围：10pF～100?F， 精度：±3%±5 pF。

2 系统方案设计

2.1 系统结构和组成

系统由主控设备控制，通过总线传输控制命令，控制各测试终端（包括线缆扩展柜和功能扩展柜）对全机电缆进行测试。主控设备与测试终端采用通信总线连接，测试终端之间采用控制电缆连接，测试终端与飞机电缆通过转接电缆进行连接。

分布式系统的特点是主机与输入/输出模块进行物理上的分离，也就是用于测试的模块不再安装于主机，而是安装于可移动的终端机架上。主机与终端采用通讯总线来连接，终端再通过周围的转接电缆与测试点相连。

针对机上电缆完整性自动测试系统实际现场环境，分布式测试终端可根据测试需求叠放在分布式测试柜中，测试柜可以布置在飞机所需要测试的部位，如前机身，机翼和发动机等部位，从而可以缩短转接电缆的长度。

2.2 系统测试方法

2.2.1 测试方法概述

本系统在进行导线检测时，通过精确测试电缆的电阻、电流，从而精确的定量分析电缆的整体连接状况。通过自我学习功能自动生成正确的线缆连接拓扑，并作为测试标准记录下来。测量结果自动与测试标准进行比较，分析线缆连接状况并给出分析报告。

2.2.2 二线制导通测试

在电缆测试方法中，两线法测量是电阻测量的通用方法，但测量一个低电阻时，通常小于 1 欧姆，转接电缆的电阻和系统内阻也会被加入测量值。二线法电缆导通测试示意图如图1所示。

实际的测试中，连接框图由图2所示。闭合A、C两处继电器，就可以对测试点2及测试点5之间所连接电缆进行导通测试。

2.2.3 绝缘测试

绝缘测试则是为了检测线路中不该相连接的点（线）是否确实隔绝。由于一般的电线绝缘，都具有极高的绝缘阻抗，在实际的测试中，通常都用高的测试电压，但是为了操作的安全，使用电流通常被限制在毫安级。连接框图由图2所示。例如，闭合A、B、D三处继电器，就可以测试测点2所连接电缆对测点1和3所连接电缆的绝缘性。

2.2.4 耐压测试

对于绝缘材料，在不破坏其绝缘性能的情况下施加高电压的过程，称为耐压（或抗电压）试验。本系统在进行耐压测试时，在电缆两端加程控交流电压，并保压一段时间，在该段时间内，测试主机测量电缆对地的漏电流大小。

连接框图由图2所示。闭合A处继电器，并将ML-端连接至机壳地，就可以对测试点2所连接的电缆进行耐压测试。

2.2.5 继电器功能自动测试

继电器功能测试时，在继电器上加直流28V或者交流115V/400Hz的激励电源，从继电器引出测点，通过转接电缆连接在功能扩展柜上，测试主机通过导通测试模块测试继电器的断开/闭合状态。

2.2.6 二端电容测试

本设备提供对机上二端电容的测试功能。被测测点连接通过转接电缆接入功能扩展柜。测试主机通过电容测试模块测量电容值，值得注意的是，在测试一个二端电容时，其余电容需要接地。

3 硬件总体设计方案

3.1 硬件总体框图

整个测试系统包含一台主控机、测试主机、终端机三大部分组成，其中终端机包括若干台分布式线缆扩展柜、一台功能扩展柜。测试主机和各扩展柜之间通过两根总线电缆连接，即数字总线电缆和模拟总线电缆，数字总线采用CAN现场总线，完成主机与各扩展柜之间的通讯；模拟总线采用耐高压屏蔽电缆，完成模拟测试信号的传输。总体框图如图3所示。

3.2 机柜设计方案

该部分主要包括主机柜、主控计算机、显示器、打印机等，完成显控程序存放、测试流程控制、数据打印、数据库管理、数据信息通讯等功能。

3.3 测试主机设计方案

测试主机包括工控机、CAN通讯卡、控制板卡、程控高压电源系统、测试主板、CAN总线输出接口、模拟总线输出接口等。

3.4 终端机设计方案

终端的核心是具有CAN总线协议分析的处理器，它将CAN通讯卡从CAN总线接收到的数字信号经过处理后，输出三条并行数字总线：地址总线、数据总线以及控制总线，用来控制终端内开关板的开关切换，同时也能给主控设备发送数据。

每个终端有4/12个开关板插槽（终端有500点和1500点两种），可根据实际测试需求插入不同数量的继电器开关板。配置不同开关板即可进行不同测试：配置线缆测试开关板即可进行线缆参数的测试；配置功能测试开关板，即可进行继电器测试、400HZ交流阻抗等功能测试。线缆测试开关板每块128个输出测试点，一个终端可以输出512/1536个线缆测试点；功能测试开关板，每块64点，一个终端最多可以输出768个功能测试点。每个终端的插槽数量和每块开关板的测试点数量可能根据最终设计有所更改。

3.5 转接电缆连接器

为了实现转接电缆的盲插功能，在每个转接电缆连接器上附加设计两个ID电阻，拟每个ID电阻设计50档电阻值，两个电阻可以组成2500个ID。当连接器插入设备时，设备通过测量两个ID电阻的阻值，通过查表获取连接器ID值，从而识别ID值，达到转接电缆的盲插测试功能。

4 软件总体设计方案

4.1 软件总体设计概述

以主控机为载体的机上电缆完整性自动测试软件系统，在windows操作系统下，使用可视化编程语言进行系统软件的开发。可视化语言在硬件的操作方面灵活方便，功能强大，适合于测控系统软件的开发。在开发的界面下，用户能对测试项目、测试范围、测试速率、测试门限值等参数进行设置，并保存设置至外部存储器，测试期间或测试完成后可将检测结果列表显示，并以版本形式存入飞机电缆状态数据库内。整套软件的模拟运行版本软件可在无设备的情况下进行学习和模拟测试，便于操作者随时学习。整个软件系统主要包括主控机（上位机）和测试主机的软件，以及CAN总线网络的软件设计。

4.2 主控机软件

主控机上运行的软件包括显示控制、数据库管理、通讯控制等软件模块，完成显控程序存放、测试流程控制、数据打印、数据库管理、数据通讯等功能。本单元还包括对手持端无线遥控测试信号的接受功能。

4.3 测试主机软件

测试主机软件接收到来自上位机发来的消息，协调控制多个部件工作，完成测试主板在进行电缆功能测试硬件配置工作和测试结果处理。测试主机软件功能包括程控高压电源控制、测试板卡功能控制、测试数据读写、CAN通讯卡、I/O通道操作以及测量数据处理。

5 结束语

本文分析研究了全机电缆完整性自动化测试系统的几种测试方法，同时，针对电缆测试功能要求及技术性能指标需求，从软件与硬件两个方面制定了详细的设计方案，旨在通过全机电缆完整性自动化测试设备的现场应用，提高测试效率，缩短生产周期。此电缆完整性测试系统同样适用于民用飞机其他机型的测试应用。

参考文献

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作者单位

1.上海交通大学 上海市 200240

2.上海飞机制造有限公司飞机总装车间 上海市 200436