CN110888009A - 一种线束屏蔽层完整性监控装置及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线束屏蔽层完整性监控装置及监测方法，包括二进制幅度键控信号发生电路、与屏蔽导线另外一端依次连接的调制信号放大电路、调制信号检波电路、迟滞比较电路和信号电平变换电路。通过二进制幅度键控信号发生电路生成测试信号，并将测试信号施加给屏蔽导线，屏蔽导线对测试信号进行修正，然后依次对修正后的测试信号进行放大、单边包络检波、整形；信号电平变换电路将迟滞比较电路的输出信号进行电平转换且转换为脉冲信号，对脉冲信号低电平持续时间进行测量，得到滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。有效的解决了现有技术不能准确的确认屏蔽层是否完整的缺陷，本发明不仅能定性分析，还能定量分析。

Description

一种线束屏蔽层完整性监控装置及监控方法

技术领域

本发明涉及线束屏蔽层完整性监控装置技术领域，具体的说，是一种线束屏蔽层完整性 监控装置及监控方法。

背景技术

电磁干扰的存在会对飞机各系统的安全造成潜在的威胁，对电磁干扰(EMI)的敏感性始 终是航空领域关注的问题。飞机的各系统之间的信号传输通常会使用屏蔽线束，而在线束屏 蔽效果降低的时候，飞机各系统之间的电气互连系统(EWIS)暴露在有害电磁干扰水平下的 可能性增加，产生诸如数据传输错误的问题发生，甚至会导致系统完全失效。特别是暴露在 高辐射场(HIRF)的情况时，线束屏蔽层的完整性将是至关重要的。

在过去的很多年里，飞机线束屏蔽层完整性检查的传统做法是通过定期的目测检查，或 使用一些标准设备进行检查，但这些设备往往要求使用一些额外的探头或断开线束进行检查。 这些方法的使用要求检查人员具备一定操作技能，而且只能在飞机日常维护的过程中才能发 现问题。传统的检查方法也只是确认线束屏蔽层没有完全断裂，并不能准确的确认屏蔽层是 否完整，同时这些检查有可能会造成线束屏蔽层的完整性遭到二次破坏。因此，我们希望对 线束屏蔽完整性进行无损测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线束屏蔽层完整性监控装置，有效的解决了传统的检查方 法只能确认线束屏蔽层没有完全断裂，但不能准确的确认屏蔽层是否完整的缺陷，本发明 不仅能定性分析，还能定量分析。

本发明通过下述技术方案实现：

一种线束屏蔽层完整性监控装置，包括与屏蔽导线一端连接的二进制幅度键控信号发生 电路、与屏蔽导线另外一端依次连接的调制信号放大电路、调制信号检波电路、迟滞比较电 路和信号电平变换电路。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述二进制幅度键控信号发生电路包括单片机、与 单片机连接的直接数字频率合成器以及与单片机连接的晶振电路；所述直接数字频率合成器 的输出端与屏蔽导线连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述调制信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、放大 器U1；放大器U1的反向输入端分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，电阻R1的另一 端接地，电阻R2的另一端与放大器U1的输出端连接；所述放大器U1的正向输入端与屏蔽导 线连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述调制信号检波电路包括二极管D1、电容C1、电 阻R3；屏蔽导线接入放大器U1的正向输入端，二极管D1的正极与放大器U1的输出端连接， 二极管D1的负极分别与电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电容C1的另一端、电阻R3的 另一端均接地，二极管D1的负极还作为调制信号检波电路的输出端与迟滞比较电路连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述迟滞比较电路包括电阻R4～电阻R8、电容C2、 放大器U2；所述电阻R7的一端与二极管D1的负极连接，电阻R7的另一端分别与电容C2的 一端、放大器U2的反向输入端连接，放大器U2的正向输入端分别与电阻R6的一端、电阻R8的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R4、电阻R5连接，电阻R8的另一端与放大器 U2的输出端连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述信号电平变换电路包括电阻R9、电阻R10、二 极管D2、三极管Q1；放大器U8的输出端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地， 三极管Q1的集电极连接电阻R10，且输出脉冲信号。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述单片机的型号AT89C51，所述直接数字频率合 成器的型号为AD9951；所述单片机的引脚P1.0与直接数字频率合成器的引脚RESET连接， 所述单片机的引脚P1.1与直接数字频率合成器的引脚SCLK连接，所述单片机的引脚P1.2与 直接数字频率合成器的引脚SDIO连接，所述单片机的引脚P1.3与直接数字频率合成器的引 脚I/O UPDATE连接。

一种线束屏蔽层完整性监控装置的监控方法，二进制幅度键控信号发生电路生成测试信 号，并将测试信号施加给屏蔽导线，屏蔽导线对测试信号进行修正，然后依次对修正后的测 试信号进行放大、单边包络检波、整形；信号电平变换电路将迟滞比较电路的输出信号进行 电平转换且转换为脉冲信号，对脉冲信号低电平持续时间进行测量，得到滞比较电路输出的 低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：二进制幅度键控信号发生电路以占空比50％的方波信号作为调制信号，对频率 从f1到f2随时间呈线性变化的正弦载波信号进行调制后，产生二进制幅度键控测试信号施 加在屏蔽导线上；

步骤S2:屏蔽线的电压传递函数将修正后的信号通过调制信号放大电路进行放大；所述

电压传递函数为：

步骤S3：调制信号检波电路对调制信号放大电路的输出信号进行单边包络检波,得到正 半波包络信号；并将正半波包络信号输送至迟滞比较电路；

步骤S4：迟滞比较电路对调制信号检波电路的输出信号进行整形；并产生正电平信号和 零位电平信号输出给迟滞比较电路；

步骤S5：脉宽检测电路以二进制幅度键控信号发生电路的方波调制信号的上升沿作为同 步信号，在方波调制信号的高电平期间，测量滞比较电路输出的低电平持续时间；计算得到 滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S4具体是指：迟滞比较电路按照信号的参 数设定翻转的比较电平，当信号幅值高于上限电平时，迟滞比较电路产生正电平输出，当信 号幅值低于下限电平时，迟滞比较电路产生零位电平输出。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S5中的谐振频率计算公式为：

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明有效的解决了传统的检查方法只能确认线束屏蔽层没有完全断裂，但不能准 确的确认屏蔽层是否完整的缺陷，本发明不仅能定性分析，还能定量分析；

(2)本发明利用屏蔽导线的电压传递函数的谐振，谐振频率表明了导线的自感，谐振频 率的改变意味着屏蔽层的损坏引起了导线的自感变化；

(3)本发明有效的避免对线束屏蔽层的完整性的二次破坏，同时也降低了对检查人员操 作技能的要求。

附图说明

图1为本发明中监控装置的电路原理框图；

图2为本发明中屏蔽导线的低频等效电路原理图；

图3为本发明中幅频特性典型曲线；

图4为本发明中二进制幅度键控信号发生电路输出的测试信号波形图，以及由导线电压 传递函数修正后经调制信号放大电路输出的测试信号波形图；

图5为本发明中调制信号检波电路输出的波形图和迟滞比较电路输出的波形图；

图6为本发明中二进制幅度键控信号发生电路图；

图7为本发明中调制信号放大电路和调制信号检波电路连接示意图；

图8为本发明中迟滞比较电路和信号电平变换电路连接示意图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图8所示，一种线束屏蔽层完整性监控装置，包 括与屏蔽导线一端连接的二进制幅度键控信号发生电路、与屏蔽导线另外一端依次连接的调 制信号放大电路、调制信号检波电路、迟滞比较电路和信号电平变换电路。

需要说明的是，通过上述改进，二进制幅度键控信号发生电路以占空比50％的方波信号 作为调制信号，对频率从f1到f2随时间呈线性变化的正弦载波信号进行调制后，产生二进 制幅度键控测试信号施加在屏蔽导线后，经过屏蔽线的电压传递函数修正后的信号通过调制 信号放大电路进行放大，调制信号检波电路对调制信号放大电路的输出信号进行单边包络检 波，迟滞比较电路对调制信号检波电路的输出信号进行整形，信号电平变换电路对迟滞比较 电路的输出信号进行电平转换，变换成可供计算机采集的脉冲信号，对脉冲信号低电平持续 时间进行测量；由于载波信号的频率是随时间呈线性变化的，因此就可以由此得到滞比较电 路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

本发明摒弃了传统的通过定期目测检查，或使用一些标准设备进行检查的做法，避免了 使用这些设备带来的一些额外开销或对线束屏蔽层的完整性的二次破坏，同时也降低了对检 查人员操作技能的要求。解决了传统的检查方法只能确认线束屏蔽层没有完全断裂，但不能 准确的确认屏蔽层是否完整的缺陷，做到了不仅能定性分析，还能定量分析。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实 现本发明，所述二进制幅度键控信号发生电路包括单片机、与单片机连接的直接数字频率合 成器以及与单片机连接的晶振电路；所述直接数字频率合成器的输出端与屏蔽导线连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述调制信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、放大 器U1；放大器U1的反向输入端分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，电阻R1的另一 端接地，电阻R2的另一端与放大器U1的输出端连接；所述放大器U1的正向输入端与屏蔽导 线连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述调制信号检波电路包括二极管D1、电容C1、电 阻R3；屏蔽导线接入放大器U1的正向输入端，二极管D1的正极与放大器U1的输出端连接， 二极管D1的负极分别与电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电容C1的另一端、电阻R3的 另一端均接地，二极管D1的负极还作为调制信号检波电路的输出端与迟滞比较电路连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述迟滞比较电路包括电阻R4～电阻R8、电容C2、 放大器U2；所述电阻R7的一端与二极管D1的负极连接，电阻R7的另一端分别与电容C2的 一端、放大器U2的反向输入端连接，放大器U2的正向输入端分别与电阻R6的一端、电阻R8的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R4、电阻R5连接，电阻R8的另一端与放大器 U2的输出端连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述信号电平变换电路包括电阻R9、电阻R10、二 极管D2、三极管Q1；放大器U8的输出端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地， 三极管Q1的集电极连接电阻R10，且输出脉冲信号。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述单片机的型号AT89C51，所述直接数字频率合 成器的型号为AD9951；所述单片机的引脚P1.0与直接数字频率合成器的引脚RESET连接， 所述单片机的引脚P1.1与直接数字频率合成器的引脚SCLK连接，所述单片机的引脚P1.2与 直接数字频率合成器的引脚SDIO连接，所述单片机的引脚P1.3与直接数字频率合成器的引 脚I/O UPDATE连接。

需要说明的是，通过上述改进，图1所示，当工作时，二进制幅度键控信号发生电路通 过屏蔽导线传输测试信号，对信号电平变换电路进行分析，测试信号的特性将表明屏蔽导线 是否完好。屏蔽完整性监控装置功能可直接集成到控制电路中，并设计为在标准控制电路设 备之间工作。

图2所示，通过低频等效电路建模后的屏蔽导线的等效电路；图2中的电感对应与线芯的自感，电容 对应于线芯与屏蔽之间的电容，电阻对应于线芯的电阻。当导线的屏蔽完整性发生变化会引起电感的变化， 假如屏蔽被断开，屏蔽中就不会有电流流过，屏蔽将不再定义为内含磁通的自感，自感将由其他屏蔽线或 飞机结构形成的大回路组成，这个大回路将产生一个很大的自感。因此，电缆的自感增加意味着屏蔽电路 断开。图2所示的低频等效电路的电压传输函数和传递函数幅值由电压传递函数方程给出。电压传递函数 幅频特性由图4所示，谐振发生在电路的电压响应开始在较高频率下衰减之前，图4所示方程中定义的频 率是图3所示方程的谐振频率。

屏蔽导线的谐振频率通常远高于控制系统使用该线的任何频率。因此，通过滤波，线束屏蔽完整性监 控装置可以在导线用于预期用途的同时工作。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图8所示，一种线束屏蔽层完整 性监控装置的监控方法，二进制幅度键控信号发生电路生成测试信号，并将测试信号施加给 屏蔽导线，屏蔽导线对测试信号进行修正，然后依次对修正后的测试信号进行放大、单边包 络检波、整形；信号电平变换电路将迟滞比较电路的输出信号进行电平转换且转换为脉冲信 号，对脉冲信号低电平持续时间进行测量，得到滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的 屏蔽线束的谐振频率。

需要说明的是，通过上述改进，二进制幅度键控信号发生电路1产生频率从f1到f2随 时间呈线性变化的正弦波测试信号，以占空比为50％的方波对测试信号进行100％幅度调制， 测试信号如图4所示。

图3所示，在测试信号通过屏蔽导线后，测试信号的振幅包络将获得定义的电压传递函 数修正后的信号波形。经过屏蔽导线的电压传递函数修正后的信号如图4所示。调制信号经 图7所示调制信号放大电路放大后,经调制信号检波电路检波后，留下图5所示的正半波包络 信号，正半周包络信号输入到图8所示迟滞比较电路。迟滞比较电路按照信号的参数已设定 了翻转的比较电平，当信号幅值高于上限电平时，迟滞比较电路产生正电平输出，而当信号 幅值低于下限电平时，迟滞比较电路产生零位电平输出。图8所示信号电平变换电路对迟滞 比较电路的输出信号进行电平变换，经过电平变换电路变换成可供计算机采集的脉冲信号。 至此测试信号已被转化为图6所示的脉冲信号。对信号电平变换电路的脉冲信号从扫描开始 到上升沿Tp之间的时间，由于测试信号频率是随时间呈线性变化，因此可以从Tp测算出屏 蔽导线的谐振频率。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实 现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：二进制幅度键控信号发生电路以占空比50％的方波信号作为调制信号，对频率 从f1到f2随时间呈线性变化的正弦载波信号进行调制后，产生二进制幅度键控测试信号施 加在屏蔽导线上；

步骤S2：屏蔽线的电压传递函数将修正后的信号通过调制信号放大电路进行放大；所述

电压传递函数为：

步骤S3：调制信号检波电路对调制信号放大电路的输出信号进行单边包络检波,得到正 半波包络信号；并将正半波包络信号输送至迟滞比较电路；

步骤S4：迟滞比较电路对调制信号检波电路的输出信号进行整形；并产生正电平信号和 零位电平信号输出给迟滞比较电路；具体是指：迟滞比较电路按照信号的参数设定翻转的比 较电平，当信号幅值高于上限电平时，迟滞比较电路产生正电平输出，当信号幅值低于下限 电平时，迟滞比较电路产生零位电平输出。

步骤S5：脉宽检测电路以二进制幅度键控信号发生电路的方波调制信号的上升沿作为同 步信号，在方波调制信号的高电平期间，测量滞比较电路输出的低电平持续时间；通过计算 工作

得到滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

本发明利用屏蔽导线的电压传递函数的谐振，谐振频率表明了导线的自感，谐振频率的 改变意味着屏蔽层的损坏引起了导线的自感变化。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本 发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：包括与屏蔽导线一端连接的二进制幅度键控信号发生电路、与屏蔽导线另外一端依次连接的调制信号放大电路、调制信号检波电路、迟滞比较电路和信号电平变换电路。

2.根据权利要求1所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：所述二进制幅度键控信号发生电路包括单片机、与单片机连接的直接数字频率合成器以及与单片机连接的晶振电路；所述直接数字频率合成器的输出端与屏蔽导线连接；所述单片机的型号AT89C51，所述直接数字频率合成器的型号为AD9951；所述单片机的引脚P1.0与直接数字频率合成器的引脚RESET连接，所述单片机的引脚P1.1与直接数字频率合成器的引脚SCLK连接，所述单片机的引脚P1.2与直接数字频率合成器的引脚SDIO连接，所述单片机的引脚P1.3与直接数字频率合成器的引脚I/O UPDATE连接。

3.根据权利要求2所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：所述调制信号放大电路包括电阻R1、电阻R2、放大器U1；放大器U1的反向输入端分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与放大器U1的输出端连接；所述放大器U1的正向输入端与屏蔽导线连接。

4.根据权利要求3所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：所述调制信号检波电路包括二极管D1、电容C1、电阻R3；屏蔽导线接入放大器U1的正向输入端，二极管D1的正极与放大器U1的输出端连接，二极管D1的负极分别与电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电容C1的另一端、电阻R3的另一端均接地，二极管D1的负极还作为调制信号检波电路的输出端与迟滞比较电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：所述迟滞比较电路包括电阻R4～电阻R8、电容C2、放大器U2；所述电阻R7的一端与二极管D1的负极连接，电阻R7的另一端分别与电容C2的一端、放大器U2的反向输入端连接，放大器U2的正向输入端分别与电阻R6的一端、电阻R8的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R4、电阻R5连接，电阻R8的另一端与放大器U2的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置，其特征在于：所述信号电平变换电路包括电阻R9、电阻R10、二极管D2、三极管Q1；放大器U2的输出端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地，三极管Q1的集电极连接电阻R10，且输出脉冲信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置的监控方法，其特征在于：二进制幅度键控信号发生电路生成测试信号，并将测试信号施加给屏蔽导线，屏蔽导线对测试信号进行修正，然后依次对修正后的测试信号进行放大、单边包络检波、整形；信号电平变换电路将迟滞比较电路的输出信号进行电平转换且转换为脉冲信号，对脉冲信号低电平持续时间进行测量，得到滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

8.根据权利要求7所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置的监控方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：二进制幅度键控信号发生电路以占空比50％的方波信号作为调制信号，对频率从f1到f2随时间呈线性变化的正弦载波信号进行调制后，产生二进制幅度键控测试信号施加在屏蔽导线上；

步骤S2：屏蔽线的电压传递函数将修正后的信号通过调制信号放大电路进行放大；所述电压传递函数为：

步骤S3：调制信号检波电路对调制信号放大电路的输出信号进行单边包络检波,得到正半波包络信号；并将正半波包络信号输送至迟滞比较电路；

步骤S4：迟滞比较电路对调制信号检波电路的输出信号进行整形；并产生正电平信号和零位电平信号输出给迟滞比较电路；

步骤S5：脉宽检测电路以二进制幅度键控信号发生电路的方波调制信号的上升沿作为同步信号，在方波调制信号的高电平期间，测量滞比较电路输出的低电平持续时间，计算得到滞比较电路输出的低电平持续时间所对应的屏蔽线束的谐振频率。

9.根据权利要求8所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置的监控方法，其特征在于：所述步骤S4具体是指：迟滞比较电路按照信号的参数设定翻转的比较电平，当信号幅值高于上限电平时，迟滞比较电路产生正电平输出，当信号幅值低于下限电平时，迟滞比较电路产生零位电平输出。

10.根据权利要求8所述的一种线束屏蔽层完整性监控装置的监控方法，其特征在于：所述步骤S5中的谐振频率计算公式为：

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