??? 摘? 要: 介紹了利用CMOS數(shù)字集成電路技術(shù)對(duì)某型國(guó)外引進(jìn)直升機(jī)球形指示器故障探測(cè)器進(jìn)行的重新研制，設(shè)計(jì)了集成故障探測(cè)器模板，實(shí)現(xiàn)了球形指示器與原機(jī)陀螺平臺(tái)和仿形裝置的接口對(duì)接。

??? 關(guān)鍵詞: 球形指示器 CMOS集成電路? 故障探測(cè)器

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　　某型直升機(jī)自70年代中期引進(jìn)以來(lái)，為我國(guó)的科研和軍事訓(xùn)練作出了重要貢獻(xiàn)。但由于機(jī)載電子設(shè)備老化，許多機(jī)載設(shè)備已經(jīng)到了壽命的極限。特別是球形指示器，自90年代以來(lái)，因故障率太高，且無(wú)法修理，已經(jīng)嚴(yán)重影響了飛機(jī)的完好率和出勤率。因此采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想對(duì)球形指示器內(nèi)部的電子信號(hào)處理電路進(jìn)行全新設(shè)計(jì)尤為必要。

1 球形指示器的組成及原理

　　該型球形指示器是一種機(jī)電式模擬產(chǎn)品。其系統(tǒng)模塊鉸鏈關(guān)系如圖1所示。

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　　它包括三個(gè)隨動(dòng)通道和一個(gè)故障探測(cè)器。每個(gè)通道由一個(gè)同步接受器SD、一個(gè)放大器AR、一個(gè)隨動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)B以及相應(yīng)的減速傳動(dòng)裝置組成。球形指示器接受陀螺平臺(tái)輸出的俯仰角信號(hào)、傾斜角信號(hào)和仿形裝置輸出的航向角信號(hào)，經(jīng)過(guò)三個(gè)隨動(dòng)通道，同時(shí)指示飛機(jī)的俯仰角、傾斜角和航向角。故障探測(cè)器由Z₂、Z₃、Z₄三個(gè)模塊組成，由它告知飛行員或地面維護(hù)人員球形指示器的工作是否正常。

　　由于三個(gè)通道的工作原理基本相似，本文以傾斜通道為例。其工作原理如下:SD₃接受陀螺平臺(tái)輸出的俯仰角信號(hào)，若SD₃的轉(zhuǎn)子所停位置與飛機(jī)傾斜不協(xié)調(diào)，則轉(zhuǎn)子有信號(hào)輸出，此失調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器AR₃放大后加到執(zhí)行電機(jī)B₃的控制線圈，使B₃轉(zhuǎn)動(dòng)，B₃轉(zhuǎn)動(dòng)以后經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置一方面帶動(dòng)SD₃的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)位置，另一方面又帶動(dòng)球形指示器傾斜框架轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時(shí)，球形指示器便指示出相應(yīng)的飛機(jī)傾斜角。

2 故障探測(cè)器的研制

2.1 故障探測(cè)器的功能

　　故障探測(cè)器接口電路原理如圖2所示。

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　　Z₂是俯仰通道探測(cè)模塊。檢測(cè)同步接受器SD₂是否斷線、俯仰系統(tǒng)電機(jī)B2摩擦力矩是否過(guò)大以及放大器是否出現(xiàn)故障使SD2的轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度降低(即誤差角達(dá)到5±2度)，將探測(cè)到的故障信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后傳輸給閉鎖裝置模塊Z₄。

　　Z₃是傾斜通道探測(cè)模塊。檢測(cè)同步接受器SD₃是否斷線、俯仰系統(tǒng)電機(jī)B3摩擦力矩是否過(guò)大以及放大器是否出現(xiàn)故障使SD₃的轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度降低(即誤差角達(dá)到5±2度)，將探測(cè)到的故障信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后傳輸給閉鎖裝置模塊Z₄。

　　Z₄是閉鎖裝置模塊。探測(cè)機(jī)上28V直流電、陀螺平臺(tái)傳送的27V直流電、機(jī)上單相26V400Hz的交流電是否出現(xiàn)故障。Z₂、Z₃的輸出信號(hào)傳輸?shù)絑₄后，經(jīng)過(guò)邏輯處理后控制電磁鐵線圈的“通”和“斷”，從而控制故障旗的出現(xiàn)和消失。故障旗的出現(xiàn)有下列七種情況:

　　A 沒(méi)有26V400Hz的交流電；

　　B 沒(méi)有28V的直流電源；

　　C 陀螺平臺(tái)沒(méi)有達(dá)到正常工作狀態(tài)，不向Z₄傳輸27V直流電；

　　a 執(zhí)行電機(jī)B2或放大器AR₂工作不正常，SD2轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度下降，誤差角達(dá)到5±2度；

　　b 同步接受器SD₂轉(zhuǎn)子線圈斷線；

　　c 同步接受器SD3轉(zhuǎn)子線圈斷線；

　　d 執(zhí)行電機(jī)B3或放大器AR₃工作不正常，SD₃轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度下降，誤差角達(dá)到5±2度。

　　上面的七種情況，只要有一種情況出現(xiàn)，Z₄即輸出低電位，電磁鐵斷電，磁力消失，故障旗出現(xiàn)。

2.2 故障探測(cè)器電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)A、B、C、a、b、c、d七種情況對(duì)故障旗的影響，可列出真值表，如表1和表2所示。

　　由表1可知，只有A、B、C同時(shí)為高電位，故障旗才消失，表示指示器處于正常狀態(tài)；否則只要有一為低電位，故障旗就出現(xiàn)，指示器處于故障狀態(tài)。三者是“與”的關(guān)系，可用“與門(mén)”電路實(shí)現(xiàn)X=A·B·C。

　　由表2可知，只有a、b、c、d同時(shí)為低電位時(shí)，故障旗才消失，表示指示器處于正常狀態(tài)；否則只要有為高電位，故障旗便出現(xiàn)，指示器為故障狀態(tài)。四者是“或非”的關(guān)系，可用兩路“或非門(mén)”電路和一“與門(mén)”電路實(shí)現(xiàn)Y=。

　　X與Y也是“與”的關(guān)系，可用“與門(mén)”電路實(shí)現(xiàn)Z=X·Y。

　　根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)該探測(cè)器電路如圖3所示。圖中V_DD與自行研制的15V電源正端相連，V_SS與15V電源地相連。采用LM124四集成運(yùn)算放大器電路對(duì)SD₂、SD₃輸出的脈動(dòng)信號(hào)a、d和直流信號(hào)b、c進(jìn)行前置處理，其四路輸出信號(hào)V₀送到LM14001四二輸入端集成或非門(mén)電路的A1、B1、A2、B2輸入端，或非門(mén)輸出信號(hào)。A、B、C、Y₁₁、Y₂₁這五路信號(hào)作為L(zhǎng)M4801四二輸入端集成與門(mén)電路的輸入信號(hào)。其中A路交流信號(hào)經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后送到與門(mén)電路的輸入端A1；B、C兩路直流信號(hào)經(jīng)分壓、穩(wěn)壓后送到與門(mén)電路的輸入端B₂、A₂；或非門(mén)電路輸出信號(hào)Y₁₁、Y₂₁送到與門(mén)電路的輸入端B₃、A₃。由于Y₁=A₁·B₁，而A₁=A，B₁=Y₂=B·C，故Y₁=ABC；又因?yàn)閅₄=A₄·B₄，而A₄=Y₁，B₄=Y₃=A₃·B₃=Y₁₁·Y₂₁=，所以Y₄=A·B·C·。

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3 系統(tǒng)試驗(yàn)

　　新研制的球形指示器故障探測(cè)器主要元器件均采用軍品，并經(jīng)過(guò)篩選，電路參數(shù)經(jīng)反復(fù)計(jì)算和調(diào)整，保證了信號(hào)輸出的精度，長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定可靠，達(dá)到了故障探測(cè)的要求，且邏輯思路清晰，便于飛行員的空中操作和地面維護(hù)人員的校驗(yàn)和維修。

　　通過(guò)地面校驗(yàn)器進(jìn)行校驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到并超過(guò)原有飛機(jī)廠家所規(guī)定的性能指標(biāo)要求。研制后的球形指示器的性能指標(biāo)和原方法提供的性能指標(biāo)可參看表3。

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　　到目前為止，新改制的球形指示器已通過(guò)鑒定并裝機(jī)試飛600余小時(shí)，性能良好。該項(xiàng)目的完成，使球形指示器從根本上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，這不僅解決了該型直升機(jī)球形指示器靠國(guó)外訂貨帶來(lái)的備件缺、訂貨難的問(wèn)題，而且開(kāi)創(chuàng)了改被動(dòng)維修為主動(dòng)維修的局面，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。

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參考文獻(xiàn)

1 盧建華.280-6型球形指示器電子部件國(guó)產(chǎn)化研制鑒定報(bào)告，2000.8

2 Burr-Brown Integrated Circuits Data book，1995

3 電子世界(合訂本).電子世界雜志社，1990～1999

4 電子報(bào)(合訂本).成都:成都科技大學(xué)出版社，1990～1999