一种机载非相似余度火警传感器采集接口设计

张宇坤 宁慧君 闫稳 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

1 引言

飞机在整个生命周期中，可能由于电器故障、战斗受损等各种原因导致火警，若不能及时检测、告警，机组人员可能无法及时采取应对措施，这种情况下可能直接危及飞机和机上人员生命安全，因此火警分系统已成为了现代机载飞机的重要系统，火警检测的可靠性也尤显得为重要。

2 方案设计

机载火警传感器主要有两类：热敏电阻式火警传感器和气动式火警传感器。热敏电阻式火警传感器是热敏电阻随温度变化的原理，但易受环境电磁场影响；气动式火警传感器使用气体受热膨胀的原理工作，抗干扰能力好且成本较低。两者输出信号均为电阻，特定范围的阻值表征一种火警状态，一般有短路（传感器故障）、火警、正常（无火警）和断路（传感器故障）共4 个状态[2]。因此，分别基于离散状态量和模拟量量采集，可以实现火警传感器的非相似余度采集。采集接口方案如图1 所示，接口提供激励源给传感器，回采传感器电压，一阶跟随后分别进模拟量和离散量采集电路调理，同时设计有BIT 电路对火警告警电路进行测试。

图1 火警传感器采集接口方案框图

激励源可使用稳压源或电流源，其中电流源抗干扰能力较强，因此推荐使用电流源实现，同时激励源的幅值选择要在传感器的正常工作范围内，否则可能会出现故障乃至虚警。一阶跟随可提高信号驱动能力，为信号后续调理做好准备。

模拟量采集分为调理滤波和模数转换电路：调理滤波电路将信号放大至接近AD 转换器量程，并使用二阶有源滤波进行信号处理；模数转换电路精度视系统需求或综合产品其他模拟量精度需求统筹考虑设计。

离散量采集电路为多个并列的迟滞比较电路，迟滞比较门限为各火警状态电阻对应的电压值。火警传感器电压信号同步进行多比较器比较，比较后的结果经电平转换由FPGA 与预先设定的火警状态真值表进行比对，如果采集状态不满足真值表任一状态，则上报火警离散量采集故障。在工程实践中，部分火警传感器电阻区间较近，对应的离散量电路迟滞比较点电压差值较小，可将信号适当放大后再进行比较处理。

BIT电路是为了满足电路测试性要求，在传感器和接口正常状态下，BIT 电路开关闭合后，将接口固定电阻Rt 与传感器自身电阻并联，从而达到对火警采集电路测试的目的。但离散量采集电路比较器个数是依据火警状态（一般有短路、火警、正常和断路）数量而定，为提高测试率所需要的BIT 开关资源消耗较大，且不满足测试电路基本可靠性应为采集电路基本可靠性1/10 的要求，因此也可选择仅对最关心的火警状态进行测试。同时从广义测试性看来，接口本身的两种非相似余度采集电路也可理解为互为测试电路，当两者测试结果不一致时，上报火警状态信息做无效处理。

飞机开车后进行地面检查，此时火警采集产品上电初始化，依据采集信息判定火警状态是否为正常，如正常则进行BIT 测试，读取BIT 结果并上传，如火警状态为非正常（短路、火警和断路），则执行飞机故障处理程序。

3 结束语

本文提出的非相似余度火警传感器采集接口设计避免了相似故障模式，提高了火警任务可靠性，经工程实践，证明该设计稳定可靠，具有很强的工程使用性。本设计的数据有效性策略仅供参考，特定系统另需权衡考虑。