摘要：介绍了利用CMOS数字集成电路技术对某型国外引进直升机球形指示器故障探测器进行的重新研制,设计了集成故障探测器模板,实现了球形指示器与原机陀螺平台和仿形装置的接口对拉。

    关键词：球形指示器 CMOS集成电路 故障探测器

某型直升机自70年代中期引进以来,为我国的科研和军事训练作出了重要贡献。但由于机载电子设备老化,许多机载设备已经到了寿命的极限。特别是球形指示器,自90年代以来,因故障率太高,且无法修理,已经严重影响了飞机的完好率和出勤率。因此采用先进的设计思想对球形指示器内总的电子信号处理电路进行全新设计尤为必要。

1 球形指示器的组在及原理

该型球形指示器是一种机电式模拟产品。其系统模块铰链关系如图1所示。

它包括三个随动通道和一个故障探测器。每个通道由一个同步接受器SD、一个放大器AR、一个随动执电动机B以及相应的减速传动装置组成。球形指示器接受陀螺平台输出的俯仰角信号、倾斜角信号和仿形装置输出的航向角信号,经过三个随动通道,同时指示飞机的俯仰角、倾斜角和航向角。故障探顺由Z2、Z3、Z4三个模块组成,由它告知飞行员或地面维护人员球形指示器的工作的方向是否正常。

由于三个通道的工作原理基本相似,本文以倾斜通道为例。其工作原理如下：SD3接受陀螺平台输出的俯仰角信号,若SD3的转子所停位置与飞机倾斜不协调。则转子有信号输出,此失调信号经过工率放大器AR3放大后加到执行电机B3的控制线圈,使B3转动,B3转动以后经过减速传装置一方在带动SD3的转子转到协调位置,另一方面又带动球形指示器倾斜框架转动,当系统协调时,球形指示器便指示出相应的飞机倾斜角。

2 故障探测器的研制

2.1 故障探测器的功能

故障探测器接口电路原理如图2所示。

Z2是俯仰通道推测。检测同步接受器SD2是否断线、俯仰系统电机B2磨擦力矩是否过大及放大器是否出现故障使SD2的转子协调速度降低（即误差角度达到5±2度）,将探测到的故障信号经过相应的处理后传输给闭锁装置模块Z4。

Z3是倾斜通道探测模块。检测同步接受器SD3是否线、俯仰系统电机B3磨擦力矩是否过大以及放大器是否出现故障使SD3的转子协调速度降低（即误差角度达到5±2度）,将探测到的故障信号经过相应的处理后传输给闭锁装置模块Z4。

Z4是闭锁装置模块。探测机上28V直流电、陀螺平台传送的27V直流电、机上单相26V400Hz的交流电是否出现故障。Z2、Z3的输出信号传输到Z4后,经过逻辑处理后控制电磁铁线圈的“通”和“”,从而控制故障旗的出现和消失。故障旗的出现有下列七种情况？：

A 没有26V400Hz的交流电;

B 没有28V的直流电源;

C 陀螺平台没有达到正常的工作状态,不向Z4传输27V直流电;

a执行电机B2或放大器AR2工作不正常,SD2转子协调速度下降,误差角达到5±2度;

b同步接受器SD2转子线圈断线

c同步接受器SD3转子线圈断线;

d执行电机B3或放大器AR3工作不正常,SD3转子协调速度下降,误差角达到5±2度。

上面的七种情况,只要有一种情况出现,Z4即输出低电位,电磁铁断电,磁力消失,故障旗出现。

2.2 故障探测器电路设计

根据A、B、C、a、b、c、d七种情况对故障的影响,可列出真值表,如表1和2所示。

由表1可知,只有A、B、C同时为高电位,故障旗才消失,表示指示器处于不常状态;否则只要有一为低电位,故障旗就出现,指示器处于故障状态。三者是“与”的关系,可用“与门”电路实现X＝A·B·C。

由表2可知,只有a、b、c、d同进为低电位时故障旗才消失,表示指示器处于正常状态;否则只要有为高电位,故障旗便出现,指示器为故障状态。四者是“或非”的关系,可用两路“或非门”电路和“与门”电路实现Y＝／a＋b＋c。

X与Y也是“与”的关系,可用“与门”电路实现Z＝X·Y。

根据上述的分析,设计该探测器电路如图3所示。

图中VDD与自行研制的15V电源下端相连,VSS与15V电源地相连。采用LM124四集成运算放大器电路对SD2、SD3输出的脉动信号a、d和直流信号b、c进行前置处理,其四路输出信号V0送到LM14001四二输入端集成或非门电路的A1、B2、A2、B2输出端,或非门输出信号Y11＝A1+B1+＝a+d,Y21＝A2+B2＝b+c。A、B、C、Y11、Y21这五路信号作为LM4801四二输入端集成与门电路的输入信号。其中A路交流信号经整流、滤波、稳压后送到与门电路的输入端A1;B、C,两路直流电信号经分压、稳压后送到与门电路的输入端B2、A2;或非门电路输出信号民Y11、Y21送到与门电路的输入端B3、A3。由于Y1＝A1?B1,而A1＝A,B1＝Y2＝B?C,故Y1＝ABC;又因为Y4＝A4?B4,而4＝Y1,B4＝Y3＝A3?B3＝Y11?Y21＝a+b+c+d,所以Y4＝A?B?C?a+b+c+d。

3 系统试验

新研制的球形指示器故障探测器主要元器件均采用军品,并经过筛选,电路参数经反复计算和调整,保证了信号输出的精度,长时间工作稳定可靠,达到了故障探测的要求,且逻辑思路清晰,便于飞行员的空中操作和地面维护人员的校验和维修。

通过地面校验器过行校验,各项怀性能指标达到并超过原有飞机厂家所规定的性能指标要求。研制后的球形指示器的性能指标和原方法提供的性能指标可参看表3。

到目前为止,新改制的球形指示器已通过鉴定并装机试飞600余小时,性能良好。该项目解决了该型直升机球形指示器靠国外订贷带来的备件缺、订货难的问题,而且开创了改被动维修为主动维修的局面,具有显著经济效益和军事效益。