直升機(jī)健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）

什么是HUMS？        

       健康和使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（HUMS）作為直升機(jī)和一些固定翼飛機(jī)的有效預(yù)測(cè)性維護(hù)策略已獲得廣泛接受。 由于飛機(jī)上有大量的關(guān)鍵的涉及飛行安全的系統(tǒng)，尤其是直升機(jī)的旋翼系統(tǒng)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在檢測(cè)和防止災(zāi)難性機(jī)械故障的發(fā)生是非常有效的。 HUMS的產(chǎn)生已經(jīng)有超過(guò)15年的歷史，作為一個(gè)安全系統(tǒng)，已逐步成為降低飛機(jī)維護(hù)成本的第一策略。 HUMS系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)包括： 

    ?  安全性：提醒維護(hù)人員動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的的健康狀況和超出允許范圍的相關(guān)操作。

    ?  經(jīng)濟(jì)性：減少非收益飛行，檢修和故障清除；節(jié)省保險(xiǎn)費(fèi)用。 

       基于HUMS技術(shù)不斷快速發(fā)展，更多的優(yōu)勢(shì)還有待發(fā)現(xiàn)。 通過(guò)加速度計(jì)和信號(hào)調(diào)節(jié)的技術(shù)利用，儀器的性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格將會(huì)實(shí)現(xiàn)繼續(xù)優(yōu)化，以滿(mǎn)足航空航天和國(guó)防工業(yè)的苛刻的飛機(jī)測(cè)試要求。 典型的HUMS應(yīng)用包括旋翼錐體和動(dòng)平衡；傳動(dòng)軸平衡；監(jiān)測(cè)（傳動(dòng)振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)）； 齒輪箱（主齒輪箱，尾部和中間位置） 和滾動(dòng)軸承診斷。 此外，HUMS能夠記錄飛行條件超過(guò)批準(zhǔn)的飛行手冊(cè)參數(shù)，并在每次飛行后檢查飛行器的健康狀況。 

       機(jī)載HUMS系統(tǒng)包括基本數(shù)據(jù)采集設(shè)備和處理器，飛行員界面和顯示面板；轉(zhuǎn)子葉片跟蹤器； 壓電加速度計(jì)，信號(hào)調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速計(jì)； 駕駛艙語(yǔ)音和飛行數(shù)據(jù)記錄器;頻域反射計(jì)（FDR）。 安裝在地面上的是HUMS信息管理系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)檢索和存儲(chǔ)卡。 

HUMS應(yīng)用加速度計(jì)

       壓電加速度計(jì)技術(shù)是在HUMS應(yīng)用中已被廣泛接受。傳感器通常具在性能、可靠性和封裝等方面均有特殊的要求，當(dāng)然這取決于飛行器的細(xì)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)。 壓電式HUMS加速度計(jì)可分為電荷輸出型和ICP?型（集成放大電路）傳感器。 PCB Piezotronics（PCB?）是ICP?的先驅(qū)，而且ICP?已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)今的一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 

       ICP?加速度計(jì)集成了內(nèi)置的微電子放大器，其功能是將來(lái)自壓電敏感元件的高阻抗靜電電荷轉(zhuǎn)換為低阻抗電壓信號(hào)。 通過(guò)全焊接密封設(shè)計(jì)，高阻抗電路被密封在加速度計(jì)內(nèi)并實(shí)現(xiàn)電氣屏蔽。 ICP?加速度計(jì)于20世紀(jì)60年代中期被首次生產(chǎn)出來(lái)，通過(guò)低成本的恒流源進(jìn)行供電，兩線制線路，其中信號(hào)/供電通過(guò)同一條線路傳輸，另一條線路用作接地。 

       該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是ICP?加速度計(jì)能夠通過(guò)很長(zhǎng)的普通電纜在干擾環(huán)境中保持低阻抗連續(xù)工作，而不會(huì)增加噪聲或降低信號(hào)質(zhì)量。因?yàn)椴恍枰驮肼曤娎|和電荷放大器，所以每通道的成本小于使用電荷輸出型傳感器，特別適用于在直升機(jī)的變速器中的“特殊”環(huán)境。因此，HUMS加速度計(jì)應(yīng)該不受電氣干擾（和EMI）、電纜噪聲以及惡劣環(huán)境（例如變速箱中的潤(rùn)滑劑噴霧）的影響。 從歷史上看，ICP?技術(shù)的唯一嚴(yán)重缺陷是溫度，但是現(xiàn)在的型號(hào)可承受高達(dá)+ 150°C的高溫，遠(yuǎn)高于直升機(jī)的驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)系內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)或位置的正常溫度。 

       HUMS電荷輸出型加速度計(jì)針對(duì)施加到壓電陶瓷或石英晶體敏感元件上的機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生高阻抗的靜電荷輸出。 這些加速度計(jì)產(chǎn)生的高阻抗信號(hào)通過(guò)低噪聲電纜連接到電荷放大器中，電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用的低阻抗電壓信號(hào)，以用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 電荷放大器提供信號(hào)阻抗轉(zhuǎn)換，歸一化，增益/量程調(diào)節(jié)和濾波加權(quán)功能。 恒流源來(lái)自單獨(dú)的電荷轉(zhuǎn)換器或者讀讀取儀器或HUMS內(nèi)部采集單元。 電荷輸出型加速度計(jì)通常用于考慮環(huán)境溫度因素環(huán)境中，例如渦輪機(jī)測(cè)量。 

       HUMS加速度計(jì)的技術(shù)規(guī)格可能因具體用戶(hù)而異。通常的考慮事項(xiàng)包括針對(duì)旋轉(zhuǎn)部件的診斷的高諧振頻率，以及準(zhǔn)對(duì)旋翼錐體低頻相位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性； 傳感器需要具有電氣隔離，以排除明顯的電氣干擾問(wèn)題。同時(shí)具有低基應(yīng)變和外殼應(yīng)變靈敏度；可靠性和可維護(hù)性高的接頭和電纜系統(tǒng)，以及具有用于抵抗惡劣環(huán)境的密封連接器或整體電纜型式。 HUMS加速度計(jì)還具有安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，特別是在直升機(jī)的某些傳動(dòng)裝置上，單個(gè)中心通孔螺栓安裝設(shè)計(jì)。      

      PCB?適用于HUMS的傳感器 

       所有PCB Piezotronics 的HUMS傳感器具有堅(jiān)固的陶瓷和石英傳感元件，頂出或側(cè)出的電氣連接器，以及各種密封結(jié)構(gòu)的配置。高溫型號(hào)的工作溫度高達(dá)+482℃，且具有500 g量程范圍，頻率高達(dá)15kHz，多種靈敏度可選，包括最常用的10和100 pC / g。除了所有上述規(guī)格外，PCB?傳感器還有電氣絕緣型號(hào)，密封在不銹鋼或鈦外殼中，以減少EMI和接地回路干擾，剪切模式傳感結(jié)構(gòu)，以最小化外殼應(yīng)變。同時(shí)可提供用于HUMS的新型495B10差分電荷轉(zhuǎn)換器，通過(guò)飛機(jī)電源供電，轉(zhuǎn)換電荷輸出型加速度計(jì)的信號(hào)，使其能夠與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備一起使用。 

       這些傳感器為關(guān)鍵應(yīng)用提供了解決方案，具有先進(jìn)的設(shè)計(jì)能力。PCB?可以根據(jù)特定客戶(hù)的要求對(duì)傳感器進(jìn)行定制，包括遵守任何通用的MIL，有些PCB?公司的HUMS傳感器還通過(guò)了RTCA-160E的部分測(cè)試。       

       對(duì)于更嚴(yán)苛的航空航天應(yīng)用，PCB?還生產(chǎn)了高溫航空航天加速度計(jì)（最高溫度達(dá)+ 649℃），以滿(mǎn)足特定的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量要求。包括在飛行中或在試車(chē)臺(tái)上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量應(yīng)用；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量和推進(jìn)器振動(dòng)應(yīng)用。有些加速度計(jì)型號(hào)可用于核輻射環(huán)境中，并且能用于核發(fā)電或空間飛行器的極限溫度和輻射的綜合環(huán)境下應(yīng)用。 此外，3741系列高靈敏度MEMS加速度計(jì)，響應(yīng)低至0 Hz，滿(mǎn)量程范圍為2至200 g，靈敏度分別為1 V / g至10 mV / g，在很寬的溫度范圍內(nèi)，對(duì)劇烈振動(dòng)提供精確的數(shù)據(jù)。      

       近40年來(lái)，PCB?制造了各種適用于航空航天飛行測(cè)試和飛行監(jiān)測(cè)的傳感器和信號(hào)調(diào)理器，比如：顫振試驗(yàn)、 地面振動(dòng)試驗(yàn)、 聲振測(cè)試、載荷系數(shù)測(cè)量、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)和湍流、發(fā)動(dòng)機(jī)健康（振動(dòng)）監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)疲勞、環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）、 控制系統(tǒng)的輸入和響應(yīng)測(cè)試、風(fēng)洞和空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)、主動(dòng)振動(dòng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)/機(jī)身和航母資格測(cè)試和故障排除。      

       PCB?質(zhì)量體系基于AS9100：2004和ISO9001：2000的要求。 內(nèi)部校準(zhǔn)完全可溯源到NIST / PTB，校準(zhǔn)方法通過(guò)A2LA認(rèn)證，符合ISO 17025標(biāo)準(zhǔn)。  

        更多PCB?航空航天應(yīng)用傳感器，請(qǐng)登錄官網(wǎng)http://pcb-china.cn/Aerospace(zh-CN).aspx 查詢(xún)，或發(fā)郵件至 pcbchina@pcb.com了解。

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