【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及飛機電纜檢測技術，尤其涉及一種基于交替采樣的飛機電纜故障定位終端。
技術介紹
1、飛機電纜檢測是飛機總裝測試階段一道重要檢測工序，在飛機電纜檢測工序中測試工人不僅需檢測飛機全機電纜導通、絕緣等電氣性能與電纜網絡完整性還需確定電纜故障點位置并完成排故工作。因此，飛機電纜故障定位是測試人員排查電纜故障點的主要方式，其定位精度與速度直接影響飛機電纜總裝測試效率。
2、當下，以c919為代表的大飛機全機待測電纜點數達萬點規模并且電纜種類數量繁多、電纜網絡結構復雜，傳統人工檢測方式需由測試工人根據全機電纜網絡拓撲結構圖，通過萬用表逐點排查故障點，該種方式嚴重依賴測試工人經驗、測試效率低下難以勝任大飛機全機海量電纜故障定位任務，此外大飛機全機電纜數量多、密度高的特點也使得人工定位故障方式難以在有限飛機艙室空間內開展。為了提高飛機電纜故障定位效率，國內外學者、科技公司提出電纜故障自動定位系統并已有相關產品問世，但目前國內外市面上主流的電纜故障定位系統大多基于脈沖反射法且主要應用于電力電纜。電力電纜長度普遍在數十公里乃至數百公里，為抵消在長距離傳輸中脈沖信號衰減，電纜故障定位系統大多采用大功率輸出，從而導致測試系統體積龐大難以在有限測試工位點開展電纜故障定位工作；此外，現有電纜故障定位誤差普遍在3m以上，相對于數十公里長度的電力電纜此誤差尚可接受，但飛機電纜長度在3～100m，此種精度的故障定位系統難以直接應用于大飛機電纜故障定位。基于脈沖反射的電纜故障方式主要通過采集發射信號與反射信號時間間隔并結合路程公式確定故障點
3、基于上述飛機電纜故障定位任務中的實際工程需求與現有測試系統存在的問題，提出一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，多片低速、低成本adc交替采樣與并行數據傳輸以實現高速采樣速率、準確捕獲脈沖反射信號并確定電纜故障點位置，滿足對電纜故障定位系統的高精確性、可擴展性、便攜性和低成本需求。
技術實現思路
1、本專利技術為滿足當下大飛機電纜故障定位實際應用中對定位終端的精確性、擴展性、便攜性和低成本需求，提出一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端。本套電纜故障定位終端基于交替采樣技術，在提高終端定位精度的同時降低硬件成本；此外本套故障定位終端采用數據并行采集方式以降低對采集平臺數據吞吐速率要求。
2、所述的大飛機電纜故障定位終端主要面向高密度、高復雜性電纜故障定位任務。具體而言，所述的電纜故障定位終端采用模塊化設計，包括用于發生低壓脈沖信號的脈沖激勵發生模塊、多片ad9481芯片構成的adc交替采樣模塊、fpga數據并行采集模塊和esp32主控模塊四部分。由esp32主控模塊發送故障定位起始信號，測試激勵模塊發射低壓脈沖信號至待測電纜，脈沖信號在電纜故障點位置反射回信號發生源，由adc交替采樣模塊采集反射信號并將轉換后的數字信號并行傳遞給fpga模塊，fpga模塊將adc模數轉換數據保存至內嵌的fifo模塊中，當fifo隊滿時將其中數據發送給esp32主控模塊完成一次電纜故障定位工作。
3、所述的脈沖激勵發生模塊由方波信號發生電路與波形整形電路兩部分組成。其中方波信號發生電路基于rc振蕩器與反相器生成固定頻率的方波脈沖信號，由于反相器內部邏輯電平翻轉延時導致所生成的方波脈沖信號上升時間較長，難以直接應用于電纜故障定位測試，故此級聯波形整形電路。基于開關二極管的快速通斷特性縮短方波信號上升時間，避免后續反射脈沖信號在激勵上升沿處混疊而導致波形紊亂。
4、所述的交替采樣模塊由時鐘晶振、延時芯片和多片ad9481芯片組成。其中時鐘晶振與延時芯片為每只ad9481芯片提供不同相位延時的工作時鐘，實現多只ad9481交替采樣工作；ad9481模塊是該采樣模塊核心，其根據各自輸入的時鐘信號自動采集反射脈沖信號并將測試結果輸出至fpga采集平臺對應數據接收端口。
5、所述的fpga數據并行采集模塊由并行數據接收端口、寄存器-fifo緩沖兩部分組成。具體而言，fpga為每只ad9481芯片提供一個數據接收端口，每個數據端口均由對應ad9481提供接收數據時鐘，數據端口彼此獨立不僅可并行接收數據，而且可擴展添加ad9481采集模塊數量以獲得更高采樣速率；fpga通過數據端口收到ad9481發送的數據后，通過寄存器-fifo進行緩沖存儲，當緩沖區為滿時將fifo內存儲的數據發送至esp32主控模塊。
6、所述的esp32主控模塊包括數據并行接收模塊、數據預處理模塊和無線通信模塊三部分。具體而言，數據并行接收模塊負責與fpga模塊互連通信，接收fpga緩存至fifo內的采樣點數據至內存數據池；由于脈沖信號在電纜中傳播速度極快，實際反射波信號數據僅占數據池中少數，為提高無線傳輸速率，通過數據處理模塊清洗壓縮數據池中的無效數據而保留含有發射波與反射波的有效數據；無線通信模塊負責將清洗壓縮后的數據通過無線網絡發送至上位機軟件；
7、本專利技術的特點在于：
8、(1)所述的電纜故障定位終端采用多片低速adc交替采樣方式獲得等效高速采樣率，本套故障定位系統可采用低速設計方式，避免高速系統設計中存在的波形抖動、信號完整性等問題，降低系統設計制造難度和制造成本。
9、(2)所設計的電纜故障定位終端采用并行接收數據方式，各接收模塊間彼此解耦，在提高數據吞吐率的同時增加故障定位終端的擴展性。
10、(3)所述的電纜故障定位終端引入寄存器-fifo兩級緩存機制，一方面通過寄存器緩存提高fpga平臺數據緩存速度，另一方面通過fifo的讀寫分離機制解決fpga和主控模塊間數據通信的跨時鐘域問題。
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1.一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的電纜故障定位終端主要包含脈沖激勵發生模塊、ADC交替采樣模塊、FPGA數據并行接收模塊和ESP32主控模塊四部分；所述的脈沖激勵發生模塊用于生成快速邊沿脈沖激勵信號；所述的ADC交替采樣模塊負責采集脈沖激勵信號在故障點反射的回波信號數據；所述的FPGA數據并行接收模塊負責接收緩存ADC轉換的結果數據；所述的ESP32主控模塊負責接收FPGA發送的緩存數據并對數據進行清洗壓縮最后通過無線網絡發送至上位機軟件。
2.根據權利要求1所述的一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的脈沖激勵發生模塊由方波信號發生電路與波形整形電路兩部分組成。其中方波信號發生電路基于RC振蕩器與反相器生成固定頻率的方波脈沖信號，由于反相器內部邏輯電平翻轉延時導致所生成的方波脈沖信號上升時間較長，難以直接應用于電纜故障定位測試，故此級聯波形整形電路。基于開關二極管的快速通斷特性縮短方波信號上升時間，避免后續反射脈沖信號在激勵上升沿處混疊而導致波形紊亂。
3.根據權利要求1所述的一種基于交替采樣的大飛機電纜
4.根據權利要求1所述的一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的FPGA數據并行采集模塊由并行數據接收端口、寄存器-FIFO緩沖兩部分組成。FPGA為每只AD9481芯片提供一個數據接收端口，每個數據端口均由對應AD9481提供接收數據時鐘，數據端口彼此獨立不僅可并行接收數據，而且可擴展添加AD9481采集模塊數量以獲得更高采樣速率；FPGA通過數據端口收到AD9481發送的數據后，通過寄存器-FIFO進行緩沖存儲，此兩級緩存結構一方面融合寄存器與FIFO各自優勢使緩存結構具備大量數據快速存儲能力，另一方面解決后續與主控模塊數據傳輸中存在的跨時鐘域問題。
5.根據權利要求1所述的一種基于無線通信的飛機電纜測試系統，其特征在于：所述的ESP32主控模塊包括數據并行接收模塊、數據預處理模塊和無線通信模塊三部分，其中數據并行接收模塊負責與FPGA模塊互連通信，接收FPGA緩存至FIFO內的采樣點數據至內存數據池；由于脈沖信號在電纜中傳播速度極快，實際反射波信號數據僅占數據池中少數，為提高無線傳輸速率，通過數據處理模塊清洗壓縮數據池中的無效數據而保留含有發射波與反射波的有效數據；最后由無線通信模塊將清洗壓縮后的數據發送至上位機軟件。
...【技術特征摘要】
1.一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的電纜故障定位終端主要包含脈沖激勵發生模塊、adc交替采樣模塊、fpga數據并行接收模塊和esp32主控模塊四部分；所述的脈沖激勵發生模塊用于生成快速邊沿脈沖激勵信號；所述的adc交替采樣模塊負責采集脈沖激勵信號在故障點反射的回波信號數據；所述的fpga數據并行接收模塊負責接收緩存adc轉換的結果數據；所述的esp32主控模塊負責接收fpga發送的緩存數據并對數據進行清洗壓縮最后通過無線網絡發送至上位機軟件。
2.根據權利要求1所述的一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的脈沖激勵發生模塊由方波信號發生電路與波形整形電路兩部分組成。其中方波信號發生電路基于rc振蕩器與反相器生成固定頻率的方波脈沖信號，由于反相器內部邏輯電平翻轉延時導致所生成的方波脈沖信號上升時間較長，難以直接應用于電纜故障定位測試，故此級聯波形整形電路。基于開關二極管的快速通斷特性縮短方波信號上升時間，避免后續反射脈沖信號在激勵上升沿處混疊而導致波形紊亂。
3.根據權利要求1所述的一種基于交替采樣的大飛機電纜故障定位終端，其特征在于：所述的adc交替采樣模塊由時鐘晶振、延時芯片和多片ad9481芯片組成。其中時鐘晶振與延時芯片為每只ad9481芯片提供不同相位延時的工作時鐘，實現多只ad9481交替采樣工作；ad9481模塊是該采樣模塊核心，其根據各自輸入的時鐘信號自動采集反射脈沖信號并將測試結果輸出至fpga采...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于勁松，顏湖誠，黃曉嵐，李全輝，仲晨陽，黃佳怡，高占寶，劉浩，唐荻音，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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