直升機健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）

什么是HUMS？        

       健康和使用監(jiān)測系統(tǒng)（HUMS）作為直升機和一些固定翼飛機的有效預測性維護策略已獲得廣泛接受。 由于飛機上有大量的關鍵的涉及飛行安全的系統(tǒng)，尤其是直升機的旋翼系統(tǒng)。振動監(jiān)測技術在檢測和防止災難性機械故障的發(fā)生是非常有效的。 HUMS的產生已經有超過15年的歷史，作為一個安全系統(tǒng)，已逐步成為降低飛機維護成本的第一策略。 HUMS系統(tǒng)的主要優(yōu)點包括： 

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

    ?  經濟性：減少非收益飛行，檢修和故障清除；節(jié)省保險費用。 

       基于HUMS技術不斷快速發(fā)展，更多的優(yōu)勢還有待發(fā)現。 通過加速度計和信號調節(jié)的技術利用，儀器的性能的標準和規(guī)格將會實現繼續(xù)優(yōu)化，以滿足航空航天和國防工業(yè)的苛刻的飛機測試要求。 典型的HUMS應用包括旋翼錐體和動平衡；傳動軸平衡；監(jiān)測（傳動振動，發(fā)動機振動）； 齒輪箱（主齒輪箱，尾部和中間位置） 和滾動軸承診斷。 此外，HUMS能夠記錄飛行條件超過批準的飛行手冊參數，并在每次飛行后檢查飛行器的健康狀況。 

       機載HUMS系統(tǒng)包括基本數據采集設備和處理器，飛行員界面和顯示面板；轉子葉片跟蹤器； 壓電加速度計，信號調節(jié)器和轉速計； 駕駛艙語音和飛行數據記錄器;頻域反射計（FDR）。 安裝在地面上的是HUMS信息管理系統(tǒng)，具有數據檢索和存儲卡。 

HUMS應用加速度計

       壓電加速度計技術是在HUMS應用中已被廣泛接受。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，當然這取決于飛行器的細節(jié)和標準。 壓電式HUMS加速度計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，而且ICP?已經發(fā)展成為現今的一種行業(yè)標準。 

       ICP?加速度計集成了內置的微電子放大器，其功能是將來自壓電敏感元件的高阻抗靜電電荷轉換為低阻抗電壓信號。 通過全焊接密封設計，高阻抗電路被密封在加速度計內并實現電氣屏蔽。 ICP?加速度計于20世紀60年代中期被首次生產出來，通過低成本的恒流源進行供電，兩線制線路，其中信號/供電通過同一條線路傳輸，另一條線路用作接地。 

       該技術的主要優(yōu)點是ICP?加速度計能夠通過很長的普通電纜在干擾環(huán)境中保持低阻抗連續(xù)工作，而不會增加噪聲或降低信號質量。因為不需要低噪聲電纜和電荷放大器，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的變速器中的“特殊”環(huán)境。因此，HUMS加速度計應該不受電氣干擾（和EMI）、電纜噪聲以及惡劣環(huán)境（例如變速箱中的潤滑劑噴霧）的影響。 從歷史上看，ICP?技術的唯一嚴重缺陷是溫度，但是現在的型號可承受高達+ 150°C的高溫，遠高于直升機的驅動或傳動系內的測量點或位置的正常溫度。 

       HUMS電荷輸出型加速度計針對施加到壓電陶瓷或石英晶體敏感元件上的機械應力產生高阻抗的靜電荷輸出。 這些加速度計產生的高阻抗信號通過低噪聲電纜連接到電荷放大器中，電荷放大器將電荷信號轉換為可用的低阻抗電壓信號，以用于數據采集系統(tǒng)。 電荷放大器提供信號阻抗轉換，歸一化，增益/量程調節(jié)和濾波加權功能。 恒流源來自單獨的電荷轉換器或者讀讀取儀器或HUMS內部采集單元。 電荷輸出型加速度計通常用于考慮環(huán)境溫度因素環(huán)境中，例如渦輪機測量。 

       HUMS加速度計的技術規(guī)格可能因具體用戶而異。通常的考慮事項包括針對旋轉部件的診斷的高諧振頻率，以及準對旋翼錐體低頻相位數據的準確性； 傳感器需要具有電氣隔離，以排除明顯的電氣干擾問題。同時具有低基應變和外殼應變靈敏度；可靠性和可維護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加速度計還具有安裝簡便的特點，特別是在直升機的某些傳動裝置上，單個中心通孔螺栓安裝設計。      

      PCB?適用于HUMS的傳感器 

       所有PCB Piezotronics 的HUMS傳感器具有堅固的陶瓷和石英傳感元件，頂出或側出的電氣連接器，以及各種密封結構的配置。高溫型號的工作溫度高達+482℃，且具有500 g量程范圍，頻率高達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，密封在不銹鋼或鈦外殼中，以減少EMI和接地回路干擾，剪切模式傳感結構，以最小化外殼應變。同時可提供用于HUMS的新型495B10差分電荷轉換器，通過飛機電源供電，轉換電荷輸出型加速度計的信號，使其能夠與標準數據采集設備一起使用。 

       這些傳感器為關鍵應用提供了解決方案，具有先進的設計能力。PCB?可以根據特定客戶的要求對傳感器進行定制，包括遵守任何通用的MIL，有些PCB?公司的HUMS傳感器還通過了RTCA-160E的部分測試。       

       對于更嚴苛的航空航天應用，PCB?還生產了高溫航空航天加速度計（最高溫度達+ 649℃），以滿足特定的發(fā)動機測量要求。包括在飛行中或在試車臺上的燃氣渦輪發(fā)動機振動測量應用；火箭發(fā)動機振動測量和推進器振動應用。有些加速度計型號可用于核輻射環(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)境下應用。 此外，3741系列高靈敏度MEMS加速度計，響應低至0 Hz，滿量程范圍為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，對劇烈振動提供精確的數據。      

       近40年來，PCB?制造了各種適用于航空航天飛行測試和飛行監(jiān)測的傳感器和信號調理器，比如：顫振試驗、 地面振動試驗、 聲振測試、載荷系數測量、結構動力學、聲學和湍流、發(fā)動機健康（振動）監(jiān)測、動態(tài)疲勞、環(huán)境應力篩選（ESS）、 控制系統(tǒng)的輸入和響應測試、風洞和空氣動力學試驗、主動振動控制、發(fā)動機/機身和航母資格測試和故障排除。      

       PCB?質量體系基于AS9100：2004和ISO9001：2000的要求。 內部校準完全可溯源到NIST / PTB，校準方法通過A2LA認證，符合ISO 17025標準。  

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

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