一种机载式直升机振动监测系统的制作方法

本发明涉及飞行设备监控技术领域，尤其涉及一种机载式直升机振动监测系统。

背景技术：

近年来直升飞机的应用越来越广泛，直升机的飞行安全保障、故障诊断和日常使用维修保养是一项非常复杂的工程。直升机在起降、飞行过程中，发动机功率变化大，传动部件、机体结构复杂，旋翼和尾桨引起的振动大，使动力和传动部件易受损伤，而且直升机的飞行环境复杂，近地或贴地飞行使磨损加快，造成的疲劳损伤难以用使用寿命来衡量，由此造成的安全事故也时有发生。因此加强直升机的在线监测和故障诊断，尽早发现故障，定位故障，减少重大事故，成为一项迫切的工作。

直升机发动机系统、旋翼系统、传动系统是保证直升机正常飞行的重要部件，如果这些系统中任何部分发生故障后果严重，甚至机毁人亡。对直升机发动机系统、旋翼系统、传动系统振动状态监测对确保直升机的飞行安全有重要意义。

以前的直升机没有安装自动检测设备，只进行事后的维修和定期保养，当直升机出现故障才安排专业人员维修，并且故障很难定位，只能靠有经验的人员到现场排除法解决，效率低，准确性差。通用的振动监测仪表等检测前需要临时安装传感器，使用前准备时间长，测试点少，数据不全，测试数据受传感器安装影响大，与历史数据一致性不好。并且，通用的振动监测仪表不能连续监测直升机实际飞行的振动数据。对于发动机、减速器、传动轴，现有维护方法是在定检时，拆件进行人工排查的方法完成维护保养，相应部件的维护较为复杂且定检难以及时发现故障隐患。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种机载式直升机振动监测系统，以解决直升机故障诊断和维修保养耗时长，数据测量的准备时间长，测量点少，数据不全，测试数据受传感器安装影响导致的与历史数据不一致的问题，提高振动数据测量的准确性、完整性和实时性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机载式直升机振动监测系统，包括数据采集设备和传感器组件，所述传感器组件安装在直升机的运动部件上，用于测量所述运动部件的振动信号，所述数据采集设备与所述传感器组件相连，用于对测量得到的模拟振动信号进行滤波和模数转换，得到数字振动信号，所述数据采集设备中设置有数据存储器，所述数据存储器用于存储所述数字振动信号，以供机上原位实时分析，或转移到地面站进行分析。

优选地，所述传感器组件包括设置在座椅部位的座椅传感器，设置在主减速器上的主减速器上部传感器、主减速器中部传感器、主减速器下部传感器，设置在发动机上的发动机前部传感器、发动机中部传感器、发动机后部传感器，设置在传动轴上的传动轴一号传感器、传动轴二号传感器、传动轴三号传感器、传动轴四号传感器、传动轴五号传感器，以及设置在尾减速器上的尾减速器传感器。

优选地，所述数据采集设备包括依次连接的滤波板、A/D转换板、CPU板，以及为所述滤波板、所述A/D转换板和所述CPU板供电的电源板，所述滤波板用于对测量得到的振动信号进行滤波，所述A/D转换板用于将滤波后的模拟振动信号转换为数字振动信号，所述CPU板用于对所述数字振动信号进行分类处理，并存储到所述数据存储器中。

优选地，所述传感器组件通过同轴线缆和航空连接器组件接入所述数据采集设备。

优选地，所述航空连接器组件包括设置在所述数据采集设备外壳的航插座和与所述航插座配套的连接器插头，所述连接器插头与所述同轴线缆相连。

优选地，所述数据采集设备的电源板上设置有激励源，所述航插座包括依次排列的激励源输出正端、传感器信号输入正端、传感器信号输入负端和激励源输出负端。

优选地，所述连接器插头包括依次排列的传感器激励正端、传感器信号输出正端、传感器信号输出负端和传感器激励负端。

优选地，所述同轴线缆为双层屏蔽同轴线缆，包括由内到外依次设置的同轴线缆芯体、同轴线缆内层屏蔽网和同轴线缆外层屏蔽网。

优选地，所述机载式直升机振动监测系统还包括校准单元，所述校准单元用于对所述数据采集设备和所述传感器组件进行校准。

优选地，所述校准单元包括标准信号源、电流表和振动测试仪，所述标准信号源用于对所述数据采集设备中的A/D转换板进行校准，所述电流表用于对所述数据采集设备中的激励源进行校准，所述振动测试仪用于对所述传感器组件进行校准。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明将数据采集设备和振动传感器固定安装在直升机上，解决了测试准备时间长和传感器安装影响数据一致性问题。

2.本发明中的传感器组件覆盖直升机的全部关键振动源，监测数据全面。

3.本发明的数据采集设备与传感器的接口设计为可在原位校准的模式，通过校准数据采集设备和激励源，能够保证获取的振动数据的准确性，为直升机振动监测系统现场校准提供了一种简单、可靠的结构。

4.本发明使用超大容量的数据存储器，能够全程记录所有传感器的数据。

5.本发明中的数据存储器支持热插拔功能，能够实现数据完整、简单、快速转移。

附图说明

图1是本发明所述机载式直升机振动监测系统的结构示意图；

图2是本发明所述传感器组件的分布示意图；

图3是本发明所述数据采集设备的结构示意图；

图4是数据采集设备与传感器组件的连接示意图；

图5是对数据采集设备中A/D转换板进行校准的原理图；

图6是对数据采集设备中电源板上激励源进行校准的原理图；

图7是对传感器组件进行校准的原理图；

图8是对A/D转换板进行校准的流程图；

图9是对上激励源进行校准的流程图。

图中：100-数据采集设备、101-电源板、102-滤波板、103-A/D转换板、104-CPU板、105-数据存储器、200-传感器组件、2-座椅传感器、3-主减速器上部传感器、4-主减速器中部传感器、5-主减速器下部传感器、6-发动机前部传感器、7-发动机中部传感器、8-发动机后部传感器、9-传动轴一号传感器、10-传动轴二号传感器、11-传动轴三号传感器、12-传动轴四号传感器、13-传动轴五号传感器、14-一号尾减速器传感器、15-二号尾减速器传感器、16-标准信号源、17-电流表、18-振动测试仪、20-航插座、201-激励源输出正端、202-传感器信号输入正端、203-传感器信号输入负端、204-激励源输出负端、30-连接器插头、301-传感器激励正端、302-传感器信号输出正端、303-传感器信号输出负端、304-传感器激励负端、40-双层屏蔽同轴线缆、401-同轴线缆芯体、402-同轴线缆内层屏蔽网、403-同轴线缆外层屏蔽网。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种机载式直升机振动监测系统，如图1所示，包括数据采集设备100和传感器组件200，传感器组件200安装在直升机的运动部件上，用于测量运动部件的振动信号，数据采集设备100与传感器组件200相连，用于对测量得到的模拟振动信号进行滤波和模数转换，得到数字振动信号，数据采集设备100中设置有数据存储器105，数据存储器105用于存储数字振动信号，以供机上原位实时分析，或转移到地面站进行分析。

所述机载式直升机振动监测系统的工作过程如下：机载式直升机振动监测系统随直升机一起启动，经过暂短自检后，即进入振动信号采集和记录状态。通过传感器组件200对直升机的关键运动部件，例如：发动机、传动轴、主减速器及尾减速器，进行持续实时振动监测，一方面在机上对采集的振动数据进行实时分析，判断振动数据超出危险阈值后，向机上提供超限告警，为飞行员飞行操作提供参考，另一方面飞行结束后，取出数据存储器105，可将记录在数据存储器105中的数据转移到地面站进行综合处理和分析。

进一步地，如图2所示，传感器组件200包括设置在座椅部位的座椅传感器2，设置在主减速器上的主减速器上部传感器3、主减速器中部传感器4、主减速器下部传感器5，设置在发动机上的发动机前部传感器6、发动机中部传感器7、发动机后部传感器8，设置在传动轴上的传动轴传感器，如图2中所示的传动轴一号传感器9、传动轴二号传感器10、传动轴三号传感器11、传动轴四号传感器12、传动轴五号传感器13，以及设置在尾减速器上的尾减速器传感器，如图2中所示的一号尾减速器传感器14、二号尾减速器传感器15。

进一步地，如图1和图3所示，数据采集设备100包括依次连接的滤波板102、A/D转换板103、CPU板104，以及为滤波板102、A/D转换板103和CPU板104供电的电源板101，滤波板102用于对测量得到的振动信号进行滤波，A/D转换板103用于将滤波后的模拟振动信号转换为数字振动信号，CPU板104用于对数字振动信号进行分类处理，并存储到数据存储器105中。

具体地，传感器组件200经电源板101上的激励源激励后将振动部件的机械振动信号转换成电信号，通过同轴线缆接入数据采集设备100与传感器组件200连接的航插座20，航插座20与内部的滤波板102连接，多路信号经滤波调理后同步送入A/D转换板103，A/D转换板103上多片A/D转换芯片配置成同步转换模式，将模拟信号转换成数字信号被CPU板104上CPU处理，连同其它飞行参数一起写入数据存储器105中。存储的振动数据在直升机上进行原位实时分析，或者飞行结束后取下数据存储器105，送到地面站，完成振动监测数据采集、记录和转移任务。

进一步地，传感器组件200通过同轴线缆和航空连接器组件接入数据采集设备100。

如图4所示，航空连接器组件包括设置在数据采集设备100外壳的航插座20和与航插座20配套的连接器插头30，连接器插头30与同轴线缆相连。

数据采集设备100的电源板101上设置有激励源，航插座20包括依次排列的激励源输出正端201、传感器信号输入正端202、传感器信号输入负端203和激励源输出负端204。

连接器插头30包括依次排列的传感器激励正端301、传感器信号输出正端302、传感器信号输出负端303和传感器激励负端304。

同轴线缆为双层屏蔽同轴线缆40，包括由内到外依次设置的同轴线缆芯体401、同轴线缆内层屏蔽网402和同轴线缆外层屏蔽网403。

进一步地，所述机载式直升机振动监测系统还包括校准单元，校准单元用于对数据采集设备100和传感器组件200进行校准。

图5是对数据采集设备100中A/D转换板103进行校准的原理图，图6是对数据采集设备100中电源板101上激励源进行校准的原理图，图7是对传感器组件200进行校准的原理图。校准单元包括标准信号源16、电流表17和振动测试仪18，标准信号源16用于对数据采集设备100中的A/D转换板103进行校准，电流表17用于对数据采集设备100中的激励源进行校准，振动测试仪18用于对传感器组件200进行校准。

图8是对A/D转换板进行校准的流程图，数据采集设备100上电，用同轴线缆连接数据采集设备100与标准信号源16，设置标准信号源16的输出，记录数据采集设备100测量结果，计算出修正量，将修正量写入数据采集设备100；切换通道；重复以上步骤，直到所有通道都校准完成。

图9是对上激励源进行校准的流程图，数据采集设备100上电，用同轴线缆连接数据采集设备100与高精度电流表17，设置电流表17的量程，记录电流表17的读数，将电流表17的读数写入数据采集设备100；切换通道，重复以上步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。