飞机防火监控测试设备校准方法研究与实施

段晋涛，张卫红

（中航飞机股份有限公司，陕西 西安 710089）

防火监控信号转换器测试设备是用于检测机载防火监控信号转换器的地面专用测试设备，该类测试设备性能的好坏直接影响着飞机的飞行质量和安全。所以，只有保证该类地面测试设备的各项技术指标满足技术说明书的要求，保证其测试数据准确、可靠，最终才能保证飞机机载设备性能的质量，保证整机的飞行安全。

由于目前没有此类专用测试设备的国家检定规程和校准规范，因而无法实现此设备的日常校准和量值溯源，无从保证该类专用测试设备的计量特性。鉴于专用测试设备研制要求的独特性和专用性，目前国内同行业也没有能对其参数、技术指标进行校准的部门和可依据的规程、规范等，因此开展此类测试设备的校准研究很有必要。

1 功能与组成

防火监控信号转换器测试设备通过测试电缆与机载产品相连，为装机产品提供各种输入信号，并接收装机产品输出的各种信号，实现对信号转换器和信号转换盒的功能验证及性能测试。

电路组成：该测试设备是由PC104 硬件平台、AD/DA采集模块、I/O 模块、串口模块等组成，用于实现与信号转换器的2 路RS422 通讯，调整DA 输出放大线路改变电压输出变化，控制AD 采集输入直流电压。

外围电路：转换电路、模拟信号输出、压力传感模拟信号等，用于为信号转换器和检查仪内部各部分电路提供所需的工作电源和模拟温度信号、压差信号、放大信号，以及产生压力信号基准。

2 工作原理分析

防火监控信号转换器测试设备是以PC104 嵌入式计算机为核心，通过DA 模块和放大电路产生0～80 mV 电压信号，由软件选择控制DA 输出的大小，再通过硬件电路叠加上14 V 基准信号电压，模拟产生压差信号；通过AD 模块采集信号转换器的各种模拟量信号；以RS422 格式数据实现测试设备与信号转换器的通信，接收信号转换器输出的数据量或者为信号转换器提供不同的工作指令；检测软件显示接收到的数据和采集到的信号。温度信号的模拟通过波段开关使用固定电阻模拟产生不同的6 个温度点；压力信号通过调节面板上的调节点电位计来模拟产生0～29 V 的压力信号；通过软件控制接收信号转换器输出的温度告警信号以及产生17 路不同的告警信号，提供给信号转换器并在软件界面显示状态。通过观察检测软件界面上数值是否满足规定的误差，以及开关信号状态的一致性，实现检测信号转换器和信号转换盒的性能。

3 计量特性的分析

了解测试设备的原理和组成，由其实现的功能分析出测试设备的信号种类为：模拟量信号、开关量信号和电源信号。经过对设备信号交互方式的分析，既有输入信号，也有输出信号，得出有模拟量采集信号、模拟量输出信号、开关量采集信号、开关量输出信号等4 种工作方式的信号。因此，应从这4 种工作信号出发，逐一进行量值溯源的分析和论证，找出其计量特性需求。

通过对线路比较与分析，找到各种信号的输入、输出端口，利用校准试验室现有的数字多用表、三用表校验仪以及自制恒流源线路工装来实现校准。在实施校准中遇到的难点是在模拟量温度信号输出校准时，需要制作一个2 mA 的高精度恒流源，以保证温度模拟量输出校准的精度要求。这个恒流源主要目的是用来提高温度测量回路的输出精度，使被校准的产品输出端有较稳定的电压输出值。因此，为了能准确、稳定地实现该项目的校准，需要设计、制作一个2 mA恒流源工装来协助校准工作的实现。其由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。该恒流源工装精度可达0.001 mA，这里利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小，并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定性和稳定性，充分保证了校准时的精度要求。

3.1 模拟量的采集

该测试设备能采集来自机载产品信号转换器和信号转换盒的4 路模拟信号，采集电压范围为0～33 V。当输入的滑油压力传感器电源信号电压在（28±0.1）V 范围内，滑油压力传感器电源显示为正常；当输入的磁性屑末传感器电源信号电压在（28±2.8）V 范围内，磁性屑末传感器电源为正常。鉴于这一测试特性，查找对应传感器上的线路构成，定位线路图中对应模块的接线，在所定义的信号管脚上分别加入0～33 V 直流电压，当电压在（28±0.1）V 范围内时，滑油压力传感器电源信号显示为正常。同理，在定义的信号管脚上加0～33 V 电压，当电压在（28±2.8）V 范围内时，磁性屑末传感器电源信号为正常。

3.2 模拟量的输出

测试设备能输出并测量给产品的8 路模拟量信号，该信号分别为左、右2 路温度信号，左、右2 路压差信号，4 路压力信号。依据线路图分析，它是通过软件控制固定电阻模拟转换来实现温度改变，从而得出温度的输出值。因此，在所定义的被测量管脚之间接入被测信号，利用自制的2 mA恒流源工装模块，在测试软件的“自模拟主要参数显示”框中显示左气心泵壁温应在-55～206 ℃范围内变化，由波段开关控制。用数字多用表分别测试出定义的被测量管脚之间在不同温度值对应的电压实测值。

3.3 开关量的采集和输出

测试设备能检测输入的3 路开关量信号，信号（28±2.8）V 有效，能够输出17 路开关量点亮显示屏上的状态灯，其中 9 路信号为（24±2.4）V 有效，8 路（0±2.4）V 有效，每一路的电流不小于5 mA。因此，对于采集器可用三用表校验仪模拟输入（28±2.8）V 电压，来模拟测试界面上对应左右发气心泵壁温告警信号灯有效状态为红色的试验。而对于开关量的输出，可直接用三用表的红表笔测量输出对应引脚上有9 路24 V 和8 路0 V 电压来实现。

4 校准方法的实施

明确了被校准的项目后，结合已有的标准仪器和环境条件，根据GJB 5539—2006 的要求选择满足量值溯源的标准仪器进行量值传递工作。对于军工产品应满足标准仪器与被校设备的测量不确定度比不低于4∶1 这一原则，校准方法的实施如下。

模拟量采集的检查：打开防火监控信号转换器测试设备工作电源，启动“防火监控器机上模拟测试”进入“模拟测试”界面，分别在信号输入管脚上加入0～33 V 电压，当电压在（28±0.1）V 范围内，滑油压力传感器电源信号显示为正常。

温度信号输出的校准：启动“防火监控器及信号转换器监测软件”进入“转换器检测”界面，在信号输入管脚之间加载自制的2 mA 恒流源，检测软件的“自模拟主要参数显示”框中显示左气心泵壁温应为-55～206 ℃范围内变化。用数字多用表分别测试信号输出管脚之间，在不同温度值对应的电压实测值。在温度测试管脚之间加2 mA 恒流源，检测软件的“自模拟主要参数显示”框中显示右气心泵壁温应为-55～206 ℃范围内变化。

压力信号输出的校准：进入“转换器检测”界面，点击“压力信号模拟框”中的左输出，对应的“自模拟主要参数显示”框中将显示采集结果，在被测信号管脚之间用数字多用表测试电压值。

压差信号的检查：在“转换器检测”界面，用数字多用表的红表笔分别接被测信号管脚，黑表笔接在测量插座的“地”上。调节面板上左右压差对应旋钮，输出引脚上电压应在0～29 V 之间变化。

开关量的采集：进入“模拟测试”界面，分别在被测信号管脚加上（28±2.8）V 电压，模拟测试界面上对应左右发气心泵壁温告警信号灯有效状态为红色。在信号输入脚之间加（28±2.8）V 电压，检查面板上“机上28 V 电源指示”灯应点亮。

开关量输出的校准：在“模拟测试”界面，逐一点击“17路开关模拟”框中对应按钮，用三用表的红表笔测量输出对应引脚上有9 路24 V 和8 路0 V 电压，每一路电流不小于5 mA；黑表笔接到测量插座的“地”上。校准完毕安全关闭各路电源。

5 结束语

本文对防火监控信号转换器测试设备校准项目中模拟量采集、温度信号输出、压力信号输出、压差信号的检查、开关量的采集、开关量输出等项目进行了分析与研究，建立了可行的实施方案，该校准方法不仅解决了防火监控信号转换器测试设备校准的问题，也为同类专用测试设备提供了可借鉴的校准项目的分析思路和研究方法，以及为编制相应的校准依据提供了参考。