CN106771854B - 飞机导线故障的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机导线故障的定位方法。本发明的飞机导线故障的定位方法包括以下步骤：采用测试探头连接波形发生器及待测导线；采集经探头及待测导线反射的反射信号，对反射信号进行傅立叶变换以得到频响特性；确定补偿区间并拟合频响特性曲线，按照频响特性曲线对反射信号进行频域补偿；对反射信号进行重构，并确定反射信号的采样点位置；计算阻抗匹配系数以修正得到入射信号的准确的采样点位置；根据入射信号和反射信号的采样点位置计算飞机导线故障的位置。本发明的飞机导线故障的定位方法，通过对接入探头造成的信号衰减进行数字补偿，以及通过阻抗匹配系数对入射信号采样点位置进行补偿，实现了对飞机导线故障位置的准确定位。

Description

飞机导线故障的定位方法

技术领域

本发明涉及导线故障诊断的技术领域，尤其涉及一种飞机导线故障的定位方法。

背景技术

飞机导线是为飞机电子系统提供动力和控制信号的重要装置，广泛分布于各种型号的飞机中。随着飞机机龄的增长，飞机导线长期在复杂的环境中工作，极易出现绝缘层磨损、老化、腐蚀等故障，最终导致飞机导线短路和断路，为飞机的安全埋下隐患。由此可见，飞机导线能否良好工作将直接关系到飞机飞行的安全，因此，对飞机导线的故障诊断与定位是非常重要的。

然而，导线在飞机中分布结构复杂，故障测试点分布于飞机中各个部分，有些测试点距离导线故障测试仪器距离较远，而且受制于测试仪器体积及便携程度，导线故障测试仪器不易经常搬运且某些空间无法进入，这些因素使得飞机导线的故障诊断较一般的导线故障诊断而言更为复杂，更难实施。

在飞机导线故障的诊断中，需要通过探头对导线故障进行检测。通过加入测试探头，可以解决导线故障定位仪器不易搬运以及空间不足的问题。然而，探头的引入将导致诊断用的入射高频脉冲的衰减，从而加大反射信号的检测难度。另外，由于探头的引入，在探头和待测导线交接处由于阻抗不匹配会产生一个微弱反射信号，这为入射信号的采样点位置的确定也带来了一些困难。

上述因素对于飞机导线故障的诊断有着明显的不利影响，尤其会导致对于飞机导线故障的定位不准确。因此，亟需一种新的飞机导线故障的定位诊断方法，以克服上述不利影响，提高故障定位的准确性和精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对于飞机导线故障的定位不准确的缺陷，提出一种飞机导线故障的定位方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种飞机导线故障的定位方法，其特点在于，包括以下步骤：

S10、将测试探头的一端与波形发生器相连，另一端同待测导线相连；

S20、波形发生器产生并输出高频脉冲形式的源信号，并采集获取经所述探头及待测导线反射的反射信号，对反射信号进行傅立叶变换以获得反射信号的时频特性，并进一步计算得到反射信号的频响特性；

S30、针对反射信号的频响特性，利用阈值分析方法确定频响震荡幅度大于频响震荡幅度阈值的频率区间作为补偿区间；

S40、根据所述补偿区间按反射信号的频响特性的含参表达式拟合频响特性曲线，按照所述频响特性曲线对反射信号进行频域补偿；

S50、对源信号选取窄脉冲信号对反射信号进行重构，所述窄脉冲信号的脉宽落入预设的脉宽区间，并基于重构的反射信号进行采样，确定反射信号的采样点位置；

S60、计算阻抗匹配系数，所述阻抗匹配系数为所述测试探头的特性阻抗和待测导线的特性阻抗的比值；

S70、确定由所述测试探头和待测导线的阻抗不匹配造成的峰值信号的采样点位置，在此基础上利用所述阻抗匹配系数作为偏移量修正所述峰值信号的采样点位置，以获取入射信号的采样点位置；

S80、根据以下公式(1)计算确定飞机导线故障的位置，

其中，d为飞机导线故障的位置与所述测试探头之间的距离，P₁、P₂+σ分别为反射信号和入射信号的采样点位置，σ为所述阻抗匹配系数，(P₂+σ-P₁)为反射信号和入射信号间间隔的采样点数，v为电流传播速度，m为步骤S50中采样的采样率。

较佳地，所述测试探头和待测导线分别包括内导体、外导体、位于内导体和外导体之间的由绝缘介质构成的绝缘层、以及外屏蔽层。

较佳地，所述测试探头的主体为同轴电缆。

较佳地，所述测试探头包括作为主体的同轴电缆，连接至所述同轴电缆一侧的标准BNC接头，连接至所述同轴电缆另一侧的探针及夹钳，所述探针与所述同轴电缆的内导体相连、所述夹钳与所述同轴电缆的外屏蔽层相连，

步骤S10中，将所述标准BNC接头与所述波形发生器相连，所述探针连接至待测导线的内导体，所述夹钳连接至待测导线的外屏蔽层。

较佳地，步骤S40中的反射信号的频响特性的含参表达式通过以下步骤计算得到：

根据公式(2)计算待测导线的内外导体引起的第一信号衰减分量，

根据公式(3)计算所述测试探头的绝缘介质的电导率以及高频损耗引起的第二信号衰减分量，

公式(2)、(3)中，f为源信号的频率，K₁、K₂分别为待测导线的内部导体的信号衰减系数和待测导线的外部屏蔽层的信号衰减系数，D为待测导线的外导体的直径、d为待测导线的内导体的直径，ε为待测导线的绝缘材料的相对介电常数，δ为待测导线的绝缘材料的介质损耗角，其中dB/km为公式(2)、(3)中第一信号衰减分量α_r以及第一信号衰减分量α_G的单位，然后根据公式(4)得到反射信号的频响特性的含参表达式α(f),

a(f)＝a_r(f)+a_G(f) (4)。

较佳地，步骤S60中采用特性阻抗计算公式(5)分别计算所述测试探头和待测导线的特性阻抗，

公式(5)中，特性阻抗为Z，内导体的直径为a，外导体的直径为b，绝缘介质的相对介电常数为ξ_r，绝缘介质的磁导率为μ_r。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的飞机导线故障的定位方法，通过对接入探头造成的信号衰减进行数字补偿，以及通过阻抗匹配系数对入射信号采样点位置进行补偿，从而能够对采用任意长度的探头所进行的测量做出准确的补偿，从而能够准确地定位飞机导线故障的位置，并且具备较高的精确度。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例的飞机导线故障的定位方法中所采用的测试探头的示意图。

图2为本发明的较佳实施例的飞机导线故障的定位方法中，修正后的入射信号位置和反射信号位置的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

根据本发明较佳实施例的飞机导线故障的定位方法，包括以下步骤：

S10、将测试探头的一端与波形发生器相连，另一端同待测导线相连；

S20、波形发生器产生并输出高频脉冲形式的源信号，并采集获取经所述探头及待测导线反射的反射信号，对反射信号进行傅立叶变换以获得反射信号的时频特性，并进一步计算得到反射信号的频响特性；

S30、针对反射信号的频响特性，利用阈值分析方法确定频响震荡幅度大于频响震荡幅度阈值的频率区间作为补偿区间；

S40、根据所述补偿区间按反射信号的频响特性的含参表达式拟合频响特性曲线，按照所述频响特性曲线对反射信号进行频域补偿；

S50、对源信号选取窄脉冲信号对反射信号进行重构，所述窄脉冲信号的脉宽落入预设的脉宽区间，并基于重构的反射信号进行采样，确定反射信号的采样点位置；

S60、计算阻抗匹配系数，所述阻抗匹配系数为所述测试探头的特性阻抗和待测导线的特性阻抗的比值；

S70、确定由所述测试探头和待测导线的阻抗不匹配造成的峰值信号的采样点位置，在此基础上利用所述阻抗匹配系数作为偏移量修正所述峰值信号的采样点位置，以获取入射信号的采样点位置；

S80、根据以下公式(1)计算确定飞机导线故障的位置，

其中，d为飞机导线故障的位置与所述测试探头之间的距离，P₁、P₂+σ分别为反射信号和入射信号的采样点位置，σ为所述阻抗匹配系数，(P₂+σ-P₁)为反射信号和入射信号间间隔的采样点数，v为电流传播速度，m为步骤S50中采样的采样率。

其中，所述测试探头的结构，举例来说，可以如图1所示，测试探头包括作为主体的同轴电缆11，例如可以选材为阻抗为50欧姆的同轴电缆11，同轴电缆的长度可根据飞机的待测导线的位置适应性地设计或调整。测试探头还可包括连接至所述同轴电缆11一侧的标准BNC接头12，连接至所述同轴电缆另一侧的探针13及夹钳14，所述探针13与所述同轴电缆11的内导体相连、所述夹钳14与所述同轴电缆11的外屏蔽层相连。在步骤S10中，将所述标准BNC接头12与所述波形发生器相连，所述探针13连接至待测导线的内导体，所述夹钳14连接至待测导线的外屏蔽层。

上述连接完成后，由数字波形发生器产生并输出高频脉冲。举例来说，可以是脉宽为10ns左右，幅值为5V左右的高频脉冲信号。高频脉冲经过探头及待测导线产生反射，由高速数据采集卡采集反射波形，并对反射信号波形进行处理以实现导线故障诊断与定位。

具体来说，在对反射信号处理的过程中，需解决由测试探头造成的高频脉冲信号的衰减问题。具体来说，首先，对反射信号进行傅立叶变换。例如，若利用高速数据采集卡采集的反射波形数据为x_n，其中N为采样点数，n遍历0至N，则对采样点进行离散时间傅里叶变换以得到反射信号的时频特性，再通过频域形式做点除运算得到反射信号的频响特性。接下来，通过阈值判断对频响特性进行分析，确定频响特性曲线中震荡幅度较大的区域，将该区域确定为数字补偿区间。

在得到了频响特性以及确定了数字补偿区间后，步骤S40对反射信号进行频域补偿。具体来说，步骤S40中的反射信号的频响特性的含参表达式通过以下步骤计算得到：

根据公式(2)计算待测导线的内外导体引起的第一信号衰减分量，

根据公式(3)计算所述测试探头的绝缘介质的电导率以及高频损耗引起的第二信号衰减分量，

公式(2)、(3)中，f为源信号的频率，K₁、K₂分别为待测导线的内部导体的信号衰减系数和待测导线的外部屏蔽层的信号衰减系数，D为待测导线的外导体的直径、d为待测导线的内导体的直径，ε为待测导线的绝缘材料的相对介电常数，δ为待测导线的绝缘材料的介质损耗角，其中dB/km为公式(2)、(3)中第一信号衰减分量α_r以及第一信号衰减分量α_G的单位，然后根据公式a(f)＝a_r(f)+a_G(f)(4)得到反射信号的频响特性的含参表达式α(f)。

接下来，按照频响特性的含参表达式对频响特性曲线进行拟合，再结合数字补偿区间，对源信号选取一个合适脉宽的窄脉冲信号对反射信号进行重构，实现反射信号的数字补偿，解决因接入测试探头造成的信号衰减问题。

为了准确确定发射信号及入射信号的位置，对于反射信号，只需要判断其最大值所对应的采样点的位置即可，对于入射信号，由于测试探头的影响，在测试探头和待测导线之间由于阻抗不匹配也出现了一个微弱的反射波形。如何处理这一反射波形并确定入射信号位置至关重要。为此，就需要计算测试探头与待测导线的阻抗匹配系数。

具体来说，可在步骤S60中采用特性阻抗计算公式(5)分别计算所述测试探头和待测导线的特性阻抗，

公式(5)中，特性阻抗为Z，内导体的直径为a，外导体的直径为b，绝缘介质的相对介电常数为ξ_r，绝缘介质的磁导率为μ_r。然后计算测试探头的特性阻抗和待测导线的特性阻抗的比值，作为阻抗匹配系数。

利用计算得到的阻抗匹配系数修正得到准确的入射信号位置后，参照图2所示，结合入射信号位置和反射信号位置，利用步骤S80中的公式(1)就能准确地定位飞机导线故障的精确位置。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种飞机导线故障的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、将测试探头的一端与波形发生器相连，另一端同待测导线相连；

S20、波形发生器产生并输出高频脉冲形式的源信号，并采集获取经所述探头及待测导线反射的反射信号，对反射信号进行傅立叶变换以获得反射信号的时频特性，并进一步计算得到反射信号的频响特性；

S30、针对反射信号的频响特性，利用阈值分析方法确定频响震荡幅度大于频响震荡幅度阈值的频率区间作为补偿区间；

S40、根据所述补偿区间按反射信号的频响特性的含参表达式拟合频响特性曲线，按照所述频响特性曲线对反射信号进行频域补偿；

S50、对源信号选取窄脉冲信号对反射信号进行重构，所述窄脉冲信号的脉宽落入预设的脉宽区间，并基于重构的反射信号进行采样，确定反射信号的采样点位置；

S60、计算阻抗匹配系数，所述阻抗匹配系数为所述测试探头的特性阻抗和待测导线的特性阻抗的比值；

S70、确定由所述测试探头和待测导线的阻抗不匹配造成的峰值信号的采样点位置，在此基础上利用所述阻抗匹配系数作为偏移量修正所述峰值信号的采样点位置，以获取入射信号的采样点位置；

S80、根据以下公式(1)计算确定飞机导线故障的位置，

其中，d为飞机导线故障的位置与所述测试探头之间的距离，P₁、P₂+σ分别为反射信号和入射信号的采样点位置，σ为所述阻抗匹配系数，(P₂+σ-P₁)为反射信号和入射信号间间隔的采样点数，v为电流传播速度，m为步骤S50中采样的采样率；

其中，所述测试探头和待测导线分别包括内导体、外导体、位于内导体和外导体之间的由绝缘介质构成的绝缘层、以及外屏蔽层；

其中，步骤S40中的反射信号的频响特性的含参表达式通过以下步骤计算得到：

根据公式(2)计算待测导线的内外导体引起的第一信号衰减分量，

根据公式(3)计算所述测试探头的绝缘介质的电导率以及高频损耗引起的第二信号衰减分量，

公式(2)、(3)中，f为源信号的频率，K₁、K₂分别为待测导线的内部导体的信号衰减系数和待测导线的外部屏蔽层的信号衰减系数，D为待测导线的外导体的直径、d为待测导线的内导体的直径，ε为待测导线的绝缘材料的相对介电常数，δ为待测导线的绝缘材料的介质损耗角，其中dB/km为公式(2)、(3)中第一信号衰减分量α_r以及第一信号衰减分量α_G的单位，然后根据公式(4)得到反射信号的频响特性的含参表达式α(f),

a(f)＝a_r(f)+a_G(f) (4)。

2.如权利要求1所述的飞机导线故障的定位方法，其特征在于，所述测试探头的主体为同轴电缆。

3.如权利要求1所述的飞机导线故障的定位方法，其特征在于，所述测试探头包括作为主体的同轴电缆，连接至所述同轴电缆一侧的标准BNC接头，连接至所述同轴电缆另一侧的探针及夹钳，所述探针与所述同轴电缆的内导体相连、所述夹钳与所述同轴电缆的外屏蔽层相连，

步骤S10中，将所述标准BNC接头与所述波形发生器相连，所述探针连接至待测导线的内导体，所述夹钳连接至待测导线的外屏蔽层。

4.如权利要求1所述的飞机导线故障的定位方法，其特征在于，步骤S60中采用特性阻抗计算公式(5)分别计算所述测试探头和待测导线的特性阻抗，

公式(5)中，特性阻抗为Z，内导体的直径为a，外导体的直径为b，绝缘介质的相对介电常数为ξ_r，绝缘介质的磁导率为μ_r。