基于SPRT技術的溫度／壓力表綜合試驗器的設計
本文研制一種能快速檢查不同飛機、各種型號的發動機排氣溫度表和壓力表等100多個信號的溫度/壓 力表綜合試驗器。該試驗器采用PC104總線技術，實現了檢測設備的綜合化、數字化，它能取代幾十個老式、相 對獨立的檢測設備，與老式試驗器相比維護效率提高了 8倍以上。采用改進的Wald的序慣概率比法(SPRT)對 溫度表傳感器的軟故障進行檢測，解決了飛機溫度表傳感器軟故障無法檢測的難題，使檢測傳感器的誤警率從 原來的5%下降到1%。
0.引 言
在國內外先進的飛機上都配有溫度表、壓力表 和三用表。它們具有測量精度高、抗干擾能力強的 特點，準確地測量飛機發動機的壓力和溫度，對于 正確操縱飛機、保證飛行安全有著重要意義。溫度 表、壓力表和三用表一旦出現故障，輕則會影響飛 行訓練任務的完成，重則會導致嚴重的飛行事故。 為保障飛行安全，在維護工作中必須快速準確地對 發動機排氣溫度表、渦輪發電裝置排氣溫度表、發 動機三用表、燃油壓力表、剎車壓力表指示器、壓力表傳感器及全套進行檢查。目前國內外飛機溫度/ 壓力表檢測設備多采用模擬式，模擬式壓力(溫度） 表試驗器的缺點是操作復雜、顯示不直觀、不具備 自檢能力及維護效率低下。
隨著計算機控制技術、自動檢測技術及信號處 理技術的發展，各發達國家為更新維護手段，在飛 機機載設備和維修保障設備中競相采用這些新技 術，以提高飛機的安全性、可靠性及快速反應能力。 我們研制的溫度/壓力表綜合試驗器基于計算機控 制技術，實現了檢測的數字化，與模擬式試驗器相 比，維護效率提高了 8倍以上。采用SPRT技術對溫度表傳感器的軟故障進行檢測，該檢測方法解 決了飛機溫度表傳感器軟故障無法檢測的難題。
本文基于計算機控制技術和SPRT技術， 對飛機溫度/壓力表綜合試驗器進行了研究，主要 介紹了其功能、軟硬件設計及應用情況。該試驗器 能實現對飛機溫度表、壓力表和三用表的性能參數 檢測及校驗，提高檢測結果的準確性，縮短維護時 間，對記錄數據進行分析，及時發現溫度、壓力和三 用表的各種故障及故障隱患，防患于未然。
1.硬件設計
該試驗器用于內、外場場檢查和校驗不同飛 機、不同型號的發動機排氣溫度表、渦輪發電裝置 排氣溫度表、發動機三用表、燃油壓力表、剎車壓力 表指示器、莊力表傳感器及全套的性能參數，及時 發現儀表的故障。試驗器的硬件原理框圖如圖1 所示。
1.1組成和基本原理
溫度表/壓力表綜合試驗器由PC104總線計算 機、PC104數據采集卡、繼電器控制卡、適配板、電 源、標準壓力源和被測設備及接口等部件組成。
當測量壓力傳感器時，首先通過標準壓力源向 被測壓力傳感器輸出標準壓力信號，被測壓力傳感 器輸出相應的直流壓力信號，采集卡將直流電壓信 號進行A/D轉換，再將數字信號輸給PC104總線 計算機，以檢測壓力傳感器的工作情況，檢測結果 由液晶顯示器加以顯示。
當檢查指示器時，程序可根據檢測的需要，通 過繼電器控制卡控制適配器轉換電路上相應的繼 電器通或斷，實現溫度/壓力表指示器同計算機之 間的連接;與此同時，繼電器控制卡控傳感器信號 產生電路，使其產生兩個高精度電阻，以模擬壓力 傳感器，其產生標準的傳感器信號加到指示器上， 來完成對溫度/壓力指示器的效驗，如果指示器指 示值在其誤差范圍內，則說明指示器工作正常，否 則故障。PC104采集卡還用于測量電壓/電流傳感 器輸出的代表被測儀表所需的電壓、電流大小，以 檢測供電電壓和儀表所消耗的電流是否符合要求。 電源包括3個直流電壓模塊，為設備提供所需電 源。
1.2各部件組成及功用
PC104總線計算機包括CPU板、電子硬盤、液 晶顯示器、鍵盤、鼠標等部件。它是整個試驗器的 核心，控制所有信號的采集、校正、解算、輸出、顯示 等，并對輸入、輸出信號進行檢測。
PC104采集卡用于測量飛機壓力傳感器輸出 的電壓信號，以檢測壓力傳感器的工作情況。還用 于測量電壓電流傳感器輸出的代表被測儀表所需 的電壓、電流大小，以檢測供電電壓和儀表所消耗 的電流是否符合要求。為了滿足測量精度，PC104 采集卡采用16位A/D變換器。繼電器控制卡用 于控制適配板轉換電路上的所有繼電器的切換，以 實現不同的測試功能。
適配板用于實現壓力表指示器同計算機、傳感 器同計算機以及指示器同傳感器之間的連接;用于產生標準的傳感器信號;用于產生指示器轉動均勻 性檢查信號。主要包括功能轉換電路，傳感器信號 產生電路，均勻性檢查信號產生電路。功能轉換電 路由一些繼電器組成。這些繼電器由繼電器控制 卡控制。程序根據不同的測試需要，通過繼電器控 制卡接通或斷開相應的繼電器，以實現指示器同計 算機、傳感器同計算機以及指示器同傳感器之間的 連接，從而完成不同的測試功能。與指示器、傳感 器和計算機之間的連接關系如圖2所示。
傳感器信號產生電路由繼電器和精密電阻構成， 用于模擬傳感器信號。該板由22個繼電器和22個精 密電阻組成一^分辨率為0.1 0的模擬傳感器電路， 使得檢測精度達到更高。程序可根據檢測的需要，通 過繼電器控制卡控制相應的繼電器通或斷，產生兩個 高精度電阻，以模擬溫度/壓力傳感器，來完成對?/ 壓力指示器的效驗。傳藤信號產生電路與指示器和 計算機之間的連接關系如圖3所示。
均勻性檢查信號產生電路是由電阻和電子開關 構成的一個功率較大的程控可變電阻。程序可以比較 連續的改變可變電阻的阻值，來改變指示器的指示，以 檢查指示器指示的均勻性。均勻性檢查信號產生電路 與指示器和計算機之間的連接關系如圖4所示。
系統軟件包括測控軟件及程序軟件，試驗器的 全部工作由軟件來控制，所有軟件以WINDOWS XP作為軟件平臺，采用VB、VC編程語言編寫。
電源包括3個直流電壓模塊。直流電壓+ 5V 模塊供PC104計算機使用。直流電壓+12 V模塊 1供功能轉換電路、傳感器信號產生電路和均勻性 檢查信號產生電路使用。直流電壓十12 V模塊2 供PC104計算機的液晶顯示器使用。以上所有模 塊的電源輸入為27 V直流電源。標準壓力源用于 提供一個標準的壓力信號，供壓力表全套測量時使 用。該標準壓力源的壓力產生范圍為0?60 MPa, 測量精度可達到0. 05%FS，并可以RS232串行通 信的形式與計算機進行通信。
2.軟件設計
主程序采用VC編寫，用于完成系統初始化，試驗 器自檢，根據測試需求調用檢測、核準子程序等功能。
界面程序采用VB編寫，主要用來控制顯示器根 據實際測試內容和測試結果顯示人機對話畫面;它可 以顯示被測設備、操作科目、輸入給定和檢測結果等。 每項檢查結束后，按操作齡進行下一步檢查。
綜合試驗器的軟件用于實現人機交互界面建 立，對各個板卡進行讀寫操作和檢測數據的處理。 具體的程序框圖如圖5所示。
結果顯示在屏幕上。 若有不清楚的地方，可進人幫助菜單，求助幫助。
3.溫度傳感器信號的SPRT檢測
由于在溫度傳感器數據測量過程中不可避 免地帶有測量噪聲，因而溫度傳感器的FDI(故障 檢測和故障隔離)檢驗存在錯誤概率，如誤警率、漏 檢率和誤隔離率等。例如，如果溫度傳感器由于噪 聲影響誤警率過大，將使得溫度傳感器將完好無 故障的部件從系統中隔離出去，降低溫度傳感器的 可靠性，甚至會引起檢測溫度傳感器的失效。為了 降低溫度傳感器的誤警率、漏檢率和誤隔離率及檢 測溫度傳感器的軟故障而采用SPRT檢驗法。其 基本原理是根據觀測所得的似然比rm求出對數似 然比函數Am。由故障檢測的誤警率《和漏檢率 計算故障檢測門限為：TD1。如果心<TD1，認為系 統部件沒有故障發生;如果Am> Tdi，認為有部件 發生故障。
根據MATLAB編程仿真&和;L曲線，如圖 6和圖7所示。
根據曲線分析，當Am = 13. 96時，A?>：rD1，說 明此時雖然部件故障幅值為1 mV，沒有超過規定 誤差值1. 5 mV，但在噪聲影響下，系統已經故障。 如每0.1 s采樣一次，在3. 6 s時溫度表傳感器出 現軟故障。
4.結 論
綜合試驗器在數字化過程中，采用改進的序貫 概率比法(SPRT)能夠判別溫度表傳感器在沒有超 過給定的誤差范圍內是否故障，即檢測溫度表傳感 器的軟故障。采用人機交互界面，取代了現有檢測 設備的按鈕、開關等系統部件，簡化了操作程序，以 便于內、外場均能方便使用。同時在軟件設計中采 用防差錯設計，有效地解決了老式檢測設備由于使 用人員人為差錯而損壞檢測設備的問題。采用本 文所述方案研制的數字化溫度/壓力表綜合試驗器 已經應用2年，與模擬式試驗器相比，維護效率提 高了 8倍以上，完全滿足儀表檢測精度要求。
