CN103605049B - 基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法，包括步骤有在计算机LabVIEW平台下，编写幅值为1V的M序列生成程序；并用等幅值的正弦信号与该M序列进行调制，生成低电平幅度和高抗噪能力的扩展频谱时域测试信号；将扩展频谱时域测试信号发射到待测多段连续飞机电缆的一端；计算机获取多段连续飞机电缆故障处反射回来的信号；将扩展频谱时域测试信号先进行乘法与积分运算即自相关运算，将扩展频谱时域测试信号做时间推移；将测试信号在电缆中的传播速度与往返传播时间进行乘积运算，得多段连续飞机电缆故障定位结果。本发明的效果是克服飞机跨连接器件信号衰减且反射信号扭曲变形严重的问题，使故障更易被发现，实现故障定位，提高飞机电缆故障检测效率。

Description

基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法

技术领域

本发明属于故障诊断领域，特别是涉及一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法。

背景技术

飞机电缆是为飞机电气系统提供动力能源和传输控制信号的硬件装置，这些飞机电缆绝大部分都是通过连接器件连接而成的，呈现出多段连续的组合结构。这些多段连续飞机电缆长期工作，随着飞机使用时间的延长，极易出现绝缘层磨损、老化、腐蚀等故障，给飞机的飞行安全埋下了隐患，一旦出现故障很有可能对飞机造成灾难性的毁灭。

在现有的飞机电缆故障检测方法中，时域反射检测方法是一种通用的测试技术。时域反射方法的原理是向电缆的一端发射一个低压高频脉冲测试信号，在信号入射端检测到故障反射信号，利用入射信号与反射信号的延迟时间可以计算电缆故障位置，反射信号的幅值和方向可以判断故障的类型。而频域反射方法测量原理是将扫频信号输入到待测电缆，并将其反射信号的测量数据经快速傅里叶逆变换转换为时域信息，根据导线的相对传播速度随电缆的介质材料的不同而改变，就可计算出故障位置。

这些方法测量结果较为精确，但反射信号易产生衰减，反射信号中有可能混入噪声信号，对飞机电缆传输的反射信号造成干扰，扭曲变形，难以识别，造成对飞机电缆故障难以诊断，无法精确检测跨连接器件飞机电缆故障，定位能力不强。

利用噪声域反射法检测，不需要专门发射一种测试信号，直接利用频带很宽的高频不相关的噪声信号或电缆中的有效传输信号，利用信号的时域自相关函数的属性，理论上虽然可以定位跨连接器件飞机电缆故障。但无法控制信号，而且要对飞机电缆的有效传输信号或存在的噪声信号进行检测，判定其是否满足测试要求，如果无法满足，则无法测试，是个被动的测试方法，实际应用中不可取。

而扩展频谱时域测试信号的低电平幅度和高抗噪能力对跨连接器件飞机电缆故障检测效果非常明显，其较宽的功率谱带宽可使测试信号从噪声环境中有效提取出来，测试信号突出的自相关函数特性，使该方法具有良好的抗噪声性能，定位效果明显。这种方法可实现对多段连续飞机电缆故障的定位。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法，解决因信号在电缆中传播时，信号衰减严重，并且混有噪声的干扰，导致信号经数据采集卡返回计算机时信号扭曲变形，反射波形难以识别的难题，来实现对多段连续飞机电缆故障的精确定位与故障类型判断。

因测试信号低电平幅值衰减严重，噪声干扰使反射信号扭曲变形失真等问题，可较精确检测出多段连续飞机电缆故障的位置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法，该包括有以下步骤：

（1）在计算机LabVIEW平台下，编写幅值为1V的M序列生成程序；

（2）并用等幅值的正弦信号与该M序列进行调制，生成低电平幅度和高抗噪能力的扩展频谱时域测试信号s(t)；

（3）将扩展频谱时域测试信号s(t)由信号发射卡通过“T”型接头的一个端口发射到待测多段连续飞机电缆的一端；

（4）计算机从所述“T”型接头的另一个端口获取多段连续飞机电缆故障处反射回来的信号；

（5）将步骤（1）所述扩展频谱时域测试信号先进行乘法与积分运算即自相关运算，得出第一相关峰值；

（6）将步骤（1）所述扩展频谱时域测试信号做时间推移并与反射信号进行乘法与积分运算及互相关运算，得出第二相关峰值；

（7）计算第一相关峰值与第二相关峰值之间的时间间隔，获取测试信号的往返传播时间τ；

（8）将测试信号s(t)在电缆中的传播速度与τ进行乘积运算，得多段连续飞机电缆故障定位结果。

本发明的效果是扩展频谱时域反射法是一种实现多段连续飞机电缆故障定位的方法。利用该测试信号的相关函数特性可有效解决因测试信号低电平幅值衰减严重，噪声干扰使反射信号变形失真，反射信号返回时间难以确定等问题，可较精确地检测出多段连续飞机电缆故障的位置。该方法不仅可以定位多段连续飞机电缆故障位置，还可以通过判断第二相关峰值极性来判断故障类型，当反射信号与测试信号的互相关峰值为负时，为短路故障；当反射信号与测试信号的互相关峰值为正时，为开路故障。

附图说明

图1为本发明的基于扩展频谱时域反射的多段连续飞机电缆故障定位的实验平台构成图；

图2为本发明的基于扩展频谱时域反射的多段连续飞机电缆故障定位方法流程图；

图3为本发明的基于扩展频谱时域反射的多段连续飞机电缆故障定位方法具体实施框图；

图4为用相应频率的正弦波调制5级M序列获取的扩展频谱测试信号s(t)波形图；

图5为5级M序列调制后生成的扩展频谱测试信号s(t)自相关函数波形图；

图6为测试信号s(t)与反射信号r(t)的测试信号最大相关得出第二相关峰值波形图。

具体实施方式

结合附图对本发明的基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法加以说明。

图1为本发明的基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位的实验平台构成图。计算机同步控制信号发射卡和数据采集卡的运行，由信号发射卡来产生扩展频谱时域测试信号，通过“T”型接头的一个端口注入到待测多段连续飞机线缆的一端。当飞机电缆中存在故障时，测试信号会在故障处因阻抗变化将测试信号反射到“T”型接头的另一个端口，与数据采集卡的输入端口相连，计算机获取故障反射信号波形，通过计算测试信号与反射信号的相关函数运算，确定相邻波峰时间间隔，获取信号传播往返时间，来定位多段连续飞机电缆故障。

图2为本发明提供的一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法流程图。如图2所示，LabVIEW平台下，编写幅值为1V的M序列生成程序，并用等幅值的正弦信号与该M序列进行调制，进而生成低电平幅度和高抗噪能力的扩展频谱时域测试信号s(t)，将扩展频谱时域测试信号s(t)由信号发射卡通过“T”型接头的一个端口发射到待测多段连续飞机电缆的一端，因故障处阻抗不匹配会将测试信号反射到入射信号输入端，信号采集卡将获取的故障反射信号波形输入到计算机，反射信号是测试信号一个时间延迟并带有衰减的信号。之后将测试信号作时间推移，并与反射信号作乘积与积分运算，得相关函数峰值波形。记录每次时间推移的第二相关峰值，找出最大相关值时刻，计算相邻相关峰值时间间隔，通过传播速度与时间间隔的乘积运算得出故障点距测试信号发送点的距离，实现对多段连续飞机电缆的故障定位。

图3为本发明提供的利用扩展频谱时域反射法实现对多段连续飞机电缆故障定位方法具体实施框图。将相应频率的正弦信号与M序列进行调制，生成扩展频谱时域测试信号s(t)，如图4所示，并将信号s(t)注入到待测多段连续飞机电缆中，若多段连续飞机电缆中存在故障，测试信号会在电缆故障处因特征阻抗的变化而反射回电缆注入信号端，经数据采集卡将采集的信号输入到计算机，因采集到的信号是故障反射信号与测试信号的混合波形，经过信号分离获取故障反射信号r(t)=a_ks(t-t_i)（a_k是发射信号的衰减系数，t_i是信号的往返传播时间）。将测试信号s(t)作自相关函数运算，如图5所示，得第一相关峰值；再通过计算测试信号s(t)与反射信号r(t)的互相关函数运算，通过对测试信号按时间估计τ作推移，找出最大相关时刻，得出第二相关峰值，如图6所示，此时可确定t_i=τ，其互相关函数计算公式如下所示：

$r_{\mathrm{xy}}={\∫}_0^{T}s(t-\mathrm{\τ})\·a_{k}s(t-t_i)\mathrm{dt}$

对第二相关峰值的极性进行判断，当第二相关峰值为正时，为开路故障；当第二相关峰值为负时，为短路故障。计算相邻波峰的时间间隔，获取信号传播延迟时间τ，将信号在电缆中的传播速度v与τ进行乘积运算，得多段连续飞机电缆故障定位结果。其故障距离L计算公式如下：

$L=\frac{1}{2}\×v\×\mathrm{\τ}.$

Claims (1)

1.一种基于扩展频谱时域反射的实现对多段连续飞机电缆故障定位方法，该方法是在搭建的扩展频谱时域反射实验平台上进行的，计算机同步控制信号发射卡和数据采集卡的运行，通过信号发射卡生成特定频率与幅值的扩展频谱时域测试信号，测试信号通过“T”型接头的一端注入到待测飞机电缆；当飞机电缆中存在故障时，测试信号会在故障处因阻抗变化将测试信号反射到“T”型接头的另一端，与数据采集卡的输入端口相连，进而计算机获取故障反射信号波形，通过计算测试信号与反射信号的相关函数运算，确定相邻波峰时间间隔，获取信号传播往返时间，来定位多段连续飞机电缆故障，在计算机LabVIEW平台下，编写幅值为1V的M序列生成程序；该方法还包括以下步骤：

(1)并用等幅值的正弦信号与该M序列进行调制，生成低电平幅度和高抗噪能力的扩展频谱时域测试信号s(t)，利用低电平幅度和高的抗噪能力的扩展频谱时域信号作为测试信号，向多段连续飞机电缆的一端发射测试信号，诊断飞机电缆故障类型，确定故障距离；

(2)将扩展频谱时域测试信号s(t)由信号发射卡通过“T”型接头的一个端口发射到待测多段连续飞机电缆的一端；

(3)计算机从所述“T”型接头的另一个端口获取多段连续飞机电缆故障处反射回来的信号；

(4)将步骤(1)所述扩展频谱时域测试信号s(t)先进行自相关运算，得出第一相关峰值；

(5)将步骤(1)所述扩展频谱时域测试信号s(t)做时间推移并与反射信号进行互相关运算，得出第二相关峰值；

(6)计算第一相关峰值与第二相关峰值之间的时间间隔，获取测试信号的往返传播时间τ；

(7)将扩展频谱时域测试信号s(t)在电缆中的传播速度与τ进行乘积运算，得多段连续飞机电缆故障定位结果。