飛機導線故障的定位方法與流程
本發明涉及導線故障診斷的技術領域，尤其涉及一種飛機導線故障的定位方法。
背景技術：
飛機導線是為飛機電子系統提供動力和控制信號的重要裝置，廣泛分布于各種型號的飛機中。隨著飛機機齡的增長，飛機導線長期在復雜的環境中工作，極易出現絕緣層磨損、老化、腐蝕等故障，最終導致飛機導線短路和斷路，為飛機的安全埋下隱患。由此可見，飛機導線能否良好工作將直接關系到飛機飛行的安全，因此，對飛機導線的故障診斷與定位是非常重要的。
然而，導線在飛機中分布結構復雜，故障測試點分布于飛機中各個部分，有些測試點距離導線故障測試儀器距離較遠，而且受制于測試儀器體積及便攜程度，導線故障測試儀器不易經常搬運且某些空間無法進入，這些因素使得飛機導線的故障診斷較一般的導線故障診斷而言更為復雜，更難實施。
在飛機導線故障的診斷中，需要通過探頭對導線故障進行檢測。通過加入測試探頭，可以解決導線故障定位儀器不易搬運以及空間不足的問題。然而，探頭的引入將導致診斷用的入射高頻脈沖的衰減，從而加大反射信號的檢測難度。另外，由于探頭的引入，在探頭和待測導線交接處由于阻抗不匹配會產生一個微弱反射信號，這為入射信號的采樣點位置的確定也帶來了一些困難。
上述因素對于飛機導線故障的診斷有著明顯的不利影響，尤其會導致對于飛機導線故障的定位不準確。因此，亟需一種新的飛機導線故障的定位診斷方法，以克服上述不利影響，提高故障定位的準確性和精度。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中對于飛機導線故障的定位不準確的缺陷，提出一種飛機導線故障的定位方法。
本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：
本發明提供了一種飛機導線故障的定位方法，其特點在于，包括以下步驟：
S10、將測試探頭的一端與波形發生器相連，另一端同待測導線相連；
S20、波形發射器產生并輸出高頻脈沖形式的源信號，并采集獲取經所述探頭及待測導線反射的反射信號，對反射信號進行傅立葉變換以獲得反射信號的時頻特性，并進一步計算得到反射信號的頻響特性；
S30、針對反射信號的頻響特性，利用閾值分析方法確定頻響震蕩幅度大于頻響震蕩幅度閾值的頻率區間作為補償區間；
S40、根據所述補償區間按反射信號的頻響特性的含參表達式擬合頻響特性曲線，按照所述頻響特性曲線對反射信號進行頻域補償；
S50、對源信號選取窄脈沖信號對反射信號進行重構，所述窄脈沖信號的脈寬落入預設的脈寬區間，并基于重構的反射信號進行采樣，確定反射信號的采樣點位置；
S60、計算阻抗匹配系數，所述阻抗匹配系數為所述測試探頭的特性阻抗和待測導線的特性阻抗的比值；
S70、確定由所述測試探頭和待測導線的阻抗不匹配造成的峰值信號的采樣點位置，在此基礎上利用所述阻抗匹配系數作為偏移量修正所述峰值信號的采樣點位置，以獲取入射信號的采樣點位置；
S80、根據以下公式(1)計算確定飛機導線故障的位置，
其中，d為飛機導線故障的位置與所述測試探頭之間的距離，P1、P2+σ分別為反射信號和入射信號的采樣點位置，σ為所述阻抗匹配系數，(P2+σ-P1)為反射信號和入射信號間間隔的采樣點數，v為電流傳播速度，m為步驟S50中采樣的采樣率。
較佳地，所述測試探頭和待測導線分別包括內導體、外導體、位于內導體和外導體之間的由絕緣介質構成的絕緣層、以及外屏蔽層。
較佳地，所述測試探頭的主體為同軸電纜。
較佳地，所述測試探頭包括作為主體的同軸電纜，連接至所述同軸電纜一側的標準BNC接頭，連接至所述同軸電纜另一側的探針及夾鉗，所述探針與所述同軸電纜的內導體相連、所述夾鉗與所述同軸電纜的外屏蔽層相連，
步驟S10中，將所述標準BNC接頭與所述波形發生器相連，所述探針連接至待測導線的內導體，所述夾鉗連接至待測導線的外屏蔽層。
較佳地，步驟S40中的反射信號的頻響特性的含參表達式通過以下步驟計算得到：
根據公式(2)計算待測導線的內外導體引起的第一信號衰減分量，
根據公式(3)計算所述測試探頭的絕緣介質的電導率以及高頻損耗引起的第二信號衰減分量，
公式(2)、(3)中，f為源信號的頻率，K1、K2分別為待測導線的內部導體的信號衰減系數和待測導線的外部屏蔽層的信號衰減系數，D為待測導線的外導體的直徑、d為待測導線的內導體的直徑，ε為待測導線的絕緣材料的相對介電常數，δ為待測導線的絕緣材料的介質損耗角，其中dB/km為公式(2)、(3)中第一信號衰減分量αr以及第一信號衰減分量αG的單位，然后根據公式(4)得到反射信號的頻響特性的含參表達式α(f)，
a(f)＝ar(f)+aG(f) (4)。
較佳地，步驟S60中采用特性阻抗計算公式(5)分別計算所述測試探頭和待測導線的特性阻抗，
公式(5)中，特性阻抗為Z，內導體的直徑為a，外導體的直徑為b，絕緣介質的相對介電常數為ξr，絕緣介質的磁導率為μr。
在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。
本發明的積極進步效果在于：
本發明的飛機導線故障的定位方法，通過對接入探頭造成的信號衰減進行數字補償，以及通過阻抗匹配系數對入射信號采樣點位置進行補償，從而能夠對采用任意長度的探頭所進行的測量做出準確的補償，從而能夠準確地定位飛機導線故障的位置，并且具備較高的精確度。
附圖說明
圖1為本發明的較佳實施例的飛機導線故障的定位方法中所采用的測試探頭的示意圖。
圖2為本發明的較佳實施例的飛機導線故障的定位方法中，修正后的入射信號位置和反射信號位置的示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖，進一步對本發明的優選實施例進行詳細描述，以下的描述為示例性的，并非對本發明的限制，任何的其他類似情形也都落入本發明的保護范圍之中。
在以下的具體描述中，方向性的術語，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，參考附圖中描述的方向使用。本發明的實施例的部件可被置于多種不同的方向，方向性的術語是用于示例的目的而非限制性的。
根據本發明較佳實施例的飛機導線故障的定位方法，包括以下步驟：
S10、將測試探頭的一端與波形發生器相連，另一端同待測導線相連；
S20、波形發射器產生并輸出高頻脈沖形式的源信號，并采集獲取經所述探頭及待測導線反射的反射信號，對反射信號進行傅立葉變換以獲得反射信號的時頻特性，并進一步計算得到反射信號的頻響特性；
S30、針對反射信號的頻響特性，利用閾值分析方法確定頻響震蕩幅度大于頻響震蕩幅度閾值的頻率區間作為補償區間；
S40、根據所述補償區間按反射信號的頻響特性的含參表達式擬合頻響特性曲線，按照所述頻響特性曲線對反射信號進行頻域補償；
S50、對源信號選取窄脈沖信號對反射信號進行重構，所述窄脈沖信號的脈寬落入預設的脈寬區間，并基于重構的反射信號進行采樣，確定反射信號的采樣點位置；
S60、計算阻抗匹配系數，所述阻抗匹配系數為所述測試探頭的特性阻抗和待測導線的特性阻抗的比值；
S70、確定由所述測試探頭和待測導線的阻抗不匹配造成的峰值信號的采樣點位置，在此基礎上利用所述阻抗匹配系數作為偏移量修正所述峰值信號的采樣點位置，以獲取入射信號的采樣點位置；
S80、根據以下公式(1)計算確定飛機導線故障的位置，
其中，d為飛機導線故障的位置與所述測試探頭之間的距離，P1、P2+σ分別為反射信號和入射信號的采樣點位置，σ為所述阻抗匹配系數，(P2+σ-P1)為反射信號和入射信號間間隔的采樣點數，v為電流傳播速度，m為步驟S50中采樣的采樣率。
其中，所述測試探頭的結構，舉例來說，可以如圖1所示，測試探頭包括作為主體的同軸電纜11，例如可以選材為阻抗為50歐姆的同軸電纜11，同軸電纜的長度可根據飛機的待測導線的位置適應性地設計或調整。測試探頭還可包括連接至所述同軸電纜11一側的標準BNC接頭12，連接至所述同軸電纜另一側的探針13及夾鉗14，所述探針13與所述同軸電纜11的內導體相連、所述夾鉗14與所述同軸電纜11的外屏蔽層相連。在步驟S10中，將所述標準BNC接頭12與所述波形發生器相連，所述探針13連接至待測導線的內導體，所述夾鉗14連接至待測導線的外屏蔽層。
上述連接完成后，由數字波形發生器產生并輸出高頻脈沖。舉例來說，可以是脈寬為10ns左右，幅值為5V左右的高頻脈沖信號。高頻脈沖經過探頭及待測導線產生反射，由高速數據采集卡采集反射波形，并對反射信號波形進行處理以實現導線故障診斷與定位。
具體來說，在對反射信號處理的過程中，需解決由測試探頭造成的高頻脈沖信號的衰減問題。具體來說，首先，對反射信號進行傅立葉變換。例如，若利用高速數據采集卡采集的反射波形數據為xn，其中N為采樣點數，n遍歷0至N，則對采樣點進行離散時間傅里葉變換以得到反射信號的時頻特性，再通過頻域形式做點除運算得到反射信號的頻響特性。接下來，通過閾值判斷對頻響特性進行分析，確定頻響特性曲線中震蕩幅度較大的區域，將該區域確定為數字補償區間。
在得到了頻響特性以及確定了數字補償區間后，步驟S40對反射信號進行頻域補償。具體來說，步驟S40中的反射信號的頻響特性的含參表達式通過以下步驟計算得到：
根據公式(2)計算待測導線的內外導體引起的第一信號衰減分量，
根據公式(3)計算所述測試探頭的絕緣介質的電導率以及高頻損耗引起的第二信號衰減分量，
公式(2)、(3)中，f為源信號的頻率，K1、K2分別為待測導線的內部導體的信號衰減系數和待測導線的外部屏蔽層的信號衰減系數，D為待測導線的外導體的直徑、d為待測導線的內導體的直徑，ε為待測導線的絕緣材料的相對介電常數，δ為待測導線的絕緣材料的介質損耗角，其中dB/km為公式(2)、(3)中第一信號衰減分量αr以及第一信號衰減分量αG的單位，然后根據公式a(f)＝ar(f)+aG(f) (4)得到反射信號的頻響特性的含參表達式α(f)。
接下來，按照頻響特性的含參表達式對頻響特性曲線進行擬合，再結合數字補償區間，對源信號選取一個合適脈寬的窄脈沖信號對反射信號進行重構，實現反射信號的數字補償，解決因接入測試探頭造成的信號衰減問題。
為了準確確定發射信號及入射信號的位置，對于反射信號，只需要判斷其最大值所對應的采樣點的位置即可，對于入射信號，由于測試探頭的影響，在測試探頭和待測導線之間由于阻抗不匹配也出現了一個微弱的反射波形。如何處理這一反射波形并確定入射信號位置至關重要。為此，就需要計算測試探頭與待測導線的阻抗匹配系數。
具體來說，可在步驟S60中采用特性阻抗計算公式(5)分別計算所述測試探頭和待測導線的特性阻抗，
公式(5)中，特性阻抗為Z，內導體的直徑為a，外導體的直徑為b，絕緣介質的相對介電常數為ξr，絕緣介質的磁導率為μr。然后計算測試探頭的特性阻抗和待測導線的特性阻抗的比值，作為阻抗匹配系數。
利用計算得到的阻抗匹配系數修正得到準確的入射信號位置后，參照圖2所示，結合入射信號位置和反射信號位置，利用步驟S80中的公式(1)就能準確地定位飛機導線故障的精確位置。
雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
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