便携式放电故障紫外检测系统研究

论文摘要

波音和空中客车系列客机投入市场至今已有40多年,民航中有大量运营超过15年的老龄飞机仍在使用。老龄飞机电气线路容易发生导线短路、导线过负荷、继电器触点粘接、汇流条固定触点松动等故障,严重时可诱发放电,引起电气火灾,造成航空事故。当前民航中电气线路排除故障的方法还存在诸多问题,借鉴紫外探测技术的优异性能,本文尝试研制一种用于检测飞机电气线路放电故障的“日盲型”紫外检测装置,研制成功后推向市场将极大地提高飞机线路放电检查工作的效率,有利于提升我国在机务维修领域的技术水平。本文研究的便携式放电故障紫外检测系统是一种融合了紫外探测技术的嵌入式装置。在硬件上,分为探头和主控两大模块,并分别进行了设计。探头模块选用“日盲型”紫外光敏管做为光电传感器,并通过两级升压电路为其提供直流350V工作电压;信号处理部分的设计包含选频电路和两级放大电路,把微弱的有效信号提取出来,为便于主控模块使用信号,A/D转换后采用模糊滤波算法对信号进行了数字滤波。主控制模块以ARM7微处理器为核心,扩展出了LCD显示、按键输入、SD卡数据存取以及电源管理等功能电路。在软件设计时,把嵌入式实时操作系统（RTOS）内核μC/OS-Ⅱ移植到微处理器中,并在驱动程序的基础上开发了多种应用程序功能模块。整个软件部分构成了一个便于用户使用的嵌入式操作系统,增强了检测系统的可操作性。系统样机研制完成后,在实验室条件下对其性能进行了测试。结果表明,在距离紫外辐射源5 m处,系统可有效探测5 mJ至1 kJ能量辐射中的紫外成分,并且系统的平均响应时间为506.8μs,性能优于相同用途的其他装置。可见,本文研制的便携式放电故障紫外检测系统技术指标优良,操作方便,在放电检测领域将有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 老龄飞机电气线路放电故障的类型
• 1.1.1 电气触点拉弧故障
• 1.1.2 电气线路短路放电故障
• 1.1.3 电气漏电故障
• 1.1.4 静电引起的故障
• 1.2 电气放电的理论分析
• 1.2.1 电气放电的主要形式
• 1.2.2 气体放电时的发展过程
• 1.3 目前常见电气线路故障检测方法
• 1.3.1 飞机电气线路故障检测常用方法
• 1.3.2 其它领域线路放电故障检测方法
• 1.4 “日盲区”紫外探测原理
• 1.4.1 紫外辐射在近地大气中的传输特性
• 1.4.2 “日盲区”的形成机理
• 1.4.3 光电发射紫外探测器原理
• 1.5 论文研究内容
• 1.6 论文结构
• 第二章 系统的总体设计
• 2.1 系统的设计要求
• 2.1.1 系统的功能要求
• 2.1.2 系统的技术要求
• 2.2 系统的模块化设计方案
• 2.3 系统主要组成单元的选型
• 2.3.1 紫外敏感器件的选择
• 2.3.2 主控模块微处理器的选型
• 2.3.3 嵌入式操作系统的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计与实现
• 3.1 主控模块设计与实现
• 3.1.1 电源模块设计
• 3.1.2 微处理器外围配置设计
• 3.1.3 UART 异步串行接口通信的电平转换设计
• 3.1.4 USB 接口模块设计
• 3.1.5 系统的实时时钟设计
• 3.1.6 液晶显示接口设计
• 3.2 系统紫外探头模块的设计与实现
• 3.2.1 紫外探头窗口材料选择
• 3.2.2 紫外探头的电源设计
• 3.2.3 电源输入指示设计
• 3.2.4 紫外光敏管的驱动设计
• 3.2.5 信号处理方案设计
• 3.3 硬件调试
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 ΜC/OS-Ⅱ在微处理器上的移植
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ移植的条件
• 4.1.2 μC/OS-Ⅱ移植工作的内容
• 4.2 系统驱动程序设计
• 4.3 系统各模块应用程序设计
• 4.3.1 LCD 显示应用程序设计
• 4.3.2 数字滤波程序设计
• 4.3.3 检测模式应用程序设计
• 4.3.4 数据存储程序设计
• 4.3.5 查看历史记录模式应用程序设计
• 4.4 软件调试
• 4.4.1 软件开发的编译环境
• 4.4.2 系统软件的构建和调试
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统整机测试及结果
• 5.1 系统测试方案
• 5.1.1 系统灵敏度的测试
• 5.1.2 系统响应时间的测试
• 5.2 对火焰紫外源的检测
• 5.3 对短路放电的检测
• 5.4 对微弱电火花的检测
• 5.5 系统响应时间测试
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果