机载航空质量流量计健康监测系统

1 引 言

    机载测量仪表系统属于精密测试仪器，其测量结果的准确性直接关系到航空器及飞行员的安全。机载航空质量流量计在非加压工作环境下工作，随着飞行器高度不断变化，不断承受周期性温度、压力、湿度等环境变化，工作环境恶劣，严重影响测量系统工作稳定性，可能导致航空器飞行状态的安全隐患。故障预测与健康管理监控系统可对航空设备故障进行预测，并能够对设备的健康状态进行管理。本文提出了通过分析物理模型诊断并预测航空设备可靠工作时间的方法，可有效预测目标系统的可靠工作时间，成本低廉，可靠性高，有广泛的应用前景。

2 健康监测系统

2.1 故障预测与健康管理监控系统

    故障预测与健康管理监控（PHM，prognostic andhealth management/monitoring）作为视情维修体系中的重要环节，要求对系统的故障进行预测并能够对系统的健康状态进行管理。故障预测与健康管理监控是指利用尽可能少的传感器采集系统的各种数据信息，借助各种智能推理算法（如物理模型、神经网络、数据融合、模糊逻辑、专家系统等）来评估系统自身的健康状态，在系统故障发生前对其故障进行预测，并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施以实现系统的视情维修^[1-4]。视情维修的开放体系结构（open system architecture for conditi-on-based maintenance，OSA-CBM）综合了航空航天、国防军事以及工业各领域中应用的不同类型的 PHM系统[1，5-6]。OSA-CBM 如图 1 所示。

2.2 机载航空流量计健康监测系统组成

    机载航空质量流量计健康监测系统包括数据采集和传输模块，数据处理模块，人机接口和具有状态监测、健康评估、故障预测和自动推理决策功能的处理器模块。数据采集和传输模块利用各种传感器采集系统的相关参数信息，将提供 PHM 系统的数据基础，并且还具有数据转换以及数据传输的功能。数据处理模块接受来自传感器以及其他数据处理模块的信号和数据，将这些数据处理为后续的状态监测、健康评估和故障预测等部分处理要求的格式。该部分的输出结果包括经滤波、压缩简化后的传感器数据、频谱数据以及其他特征数据等。处理器模块接受来自传感器、数据处理及其他状态监测模块的数据并将之综合，可以将这些数据同预定的失效判据等进行比较来监测系统当前状态，并进一步评估被监测系统的健康状态。该型机载航空质量流量计健康监测系统如图 2 所示。

2.3 状态监测和健康评估

    状态监测和健康评估是 PHM 系统的核心，在这里采用简单的“阈值”判断方法。在机载航空流量计健康监测系统中，状态监测和健康评估系统工作在流量计未运行和流量计在运行两种状态。当流量计未运行时，使用信号发生芯片向流量计电路输出标准信号，通过在电路各结点提取信号并预处理后送处理器分析，再与预先设置好的各结点正常信号数据比较，通过判断比较产生的信号差异是否超限来达到判断未运行的流量计电路系统是否正常。当流量计处于运行状态时，各结点提取电路信号并预处理后送处理器分析，通过结合流量计工作状态，即当前瞬时质量流量与流量计电路各结点输出预设信号的对应关系，比较提取电路信号与预设信号的差异，判断当前质量流量计工作状态是否正常。这样不仅可以在流量计投入使用前和使用中判断流量计是否工作正常，及时发出警报，还可以通过分析电路中提取的信号，直接判断在电路中的哪一个部分产生了故障，为维修提供便利。程序流程图如图 3 所示。