一种飞机线缆微弱故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机线缆微弱故障诊断方法，包括：基于虚拟仪器技术搭建的检测设备对飞机线缆反射信号进行采集；利用改进的变分模态分解对采集到的反射信号进行处理；对分解后的含有故障信息的本征模态分量进行短时傅里叶变换；利用重排谱图法对经短时傅里叶变换的本征模态分量的时频能量进行重新分布，将其分布至重心位置；然后提取时间能量信息以绘制飞机线缆的故障信息曲线，从能量角度诊断飞机线缆是否存在微弱故障。本发明专利技术的效果是：克服传统扩展频谱时域反射法无法有效检测微弱故障的问题，实现飞机线缆微弱故障的诊断，提高飞机线缆微弱故障的预警能力和检出率，为飞机线缆维护提供支持。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机线缆微弱故障诊断方法
本专利技术属于飞机线缆故障诊断领域，具体为一种飞机线缆微弱故障诊断方法。
技术介绍
飞机线缆是飞机的重要组成部分，通常分布于飞机的驾驶舱、发动机舱、机翼以及客舱内壁夹层等多个位置，它能为飞机各个系统传送电能并且实现不同系统之间信息传递。多电飞机和全电飞机是当前飞机发展的主要趋势，电能将取代气源、液压作为飞机启动、刹车、除冰、起落架等系统的动力来源，因此飞机线缆的数量和种类将会越来越多。在飞机总装制造和运营维护过程中，线缆相关的故障问题日益突出，一旦线缆发生故障，将对飞机的安全造成严重威胁。对于飞机线缆故障，不仅要能诊断出线缆的短路、断路这类显性故障，更应该能检测出因局部破损或形态、结构变化导致的微弱故障。因为对于即将起飞或飞行中的飞机来说，线缆发生故障将可能导致电磁干扰、通信中断、电弧放电等严重问题。比如屏蔽层破损将导致线缆中信号受到电磁干扰；电源馈线磨损会导致局部阻抗增大造成局部过热引发电气线路故障；线缆发生断丝后由于频繁的振动、摩擦容易导致断丝戳穿绝缘层从而与机体或屏蔽层发生短路，如果靠近燃油管线则可能因产生的电弧而引发火灾。无论是飞机生产过程还是维修过程，对于飞机线缆故障，机务人员依靠现有设备和方法只能检测出短路、断路故障，无法检测出微弱故障。为了保证飞机在生产、使用以及维修过程中的安全，需要一种针对飞机线缆微弱故障的检测方法准确地诊断出飞机线缆的微弱故障。
技术实现思路
针对上述技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种能够在飞机线缆故障诊断时准确诊断飞机线缆的微弱故障诊断方法，是基于增强扩展频谱时域反射的飞机线缆微弱故障诊断方法，解决了传统扩展频谱时域反射法无法诊断飞机线缆微弱故障的问题，对于线缆微弱故障诊断具有很大的工程应用价值。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种飞机线缆微弱故障诊断方法，该方法是在基于PXI总线技术的检测平台上进行的，该检测平台包含硬件系统和软件系统两个部分，硬件系统采用带有操作系统的工业控制平板、信号发射板卡、信号采集板卡；软件系统采用图形化编程语言LabVIEW软件实现，该方法包括以下步骤：步骤1、在LabVIEW中编写调制信号生成程序以及信号发射、采集板卡的驱动程序，首先采用二进制相移键控(BinaryPhaseShiftkeying，BPSK)调制方式将m序列调制到正弦载波上作为检测信号x(t)，然后通过信号发射板卡将该检测信号注入待测飞机线缆，由于线缆某个位置发生故障时阻抗产生不连续，检测信号将在该位置发生反射；步骤2、利用信号采集板卡采集反射回来的信号y(t)，并将入射信号x(t)延迟τ后作为参考信号x(t-τ)与反射信号进行互相关运算，从而获得相关系数Rxy(τ)；步骤3、利用改进的变分模态分解对互相关系数Rxy(τ)进行分解获得一系列本征模态分量IMFs(InstrinsicModeFunction,IMF)，其中：s＝1、2、3…K，K为变分模态分解的本征模态分量个数K；对分解获得的本征模态分量IMFs进行峭度分析，峭度的值越大表示突变程度越高，更有利于提取故障特征，经过多次实验计算IMF1的峭度值最大：式中：Ku为峭度；x为本征模态分量的幅值；μ、σ分别为本征模态分量的统计均值和方差。步骤4、选取步骤3中峭度值最大的本征模态分量IMF1，用短时傅里叶变换进行处理，获得包含故障特征的本征模态分量IMF1的时间-频率-能量分布；步骤5、利用谱图重排法将步骤4中得到的时间-频率-能量分布重新分布到原时间-频率-能量分布的重心位置，对重排后的结果提取时间-能量信息并绘制曲线，该曲线包含故障信息；步骤6、飞机线缆故障位置的确定：根据步骤5的曲线，纵轴表示能量幅值，横轴表示时间，根据能量波峰与第一个波峰之间对应的时间差，结合波速进行计算即可得到飞机线缆故障的位置信息。步骤3所述改进的变分模态分解为采用中心频率对比分析法确定变分模态分解的个数获得最佳的本征模态分量。步骤4应用短时傅里叶变换对包含故障信息的本征模态分量IMF1进行处理得到IMF1的时间-频率-能量分布。步骤5所述谱图重排法是将步骤4的时间-频率-能量分布重新分布到原时间-频率-能量分布的重心位置。步骤5所述提取时间-能量信息是依据能量最大原则确定发射信号能量最大值所对应的频率，然后提取该频率下的能量与时间信息绘制曲线。步骤6中所述第一个波峰为入射信号所形成的能量波峰，若某一波峰与第一个波峰对应的时间差为t，那么此能量峰值对应的故障点位置可通过以下公式来确定：式中d为故障点与线缆注入端的距离，v为电磁波在线缆中的波速，εr是线缆绝缘介质的相对介电常数。本专利技术的效果是：不仅能够实现飞机线缆短路、断路这类显著性故障进行诊断还能对因局部破损或形态、结构变化导致的微弱故障进行检测，大大提高了飞机线缆发生故障的预警能力。附图说明图1是本专利技术飞机线缆微弱故障诊断方法示意图；图2是本专利技术故障信号处理流程图；图3是本专利技术中所述中心频率对比分析法流程图；图4是本专利技术飞机线缆微弱故障诊断平台结构图；图5是本专利技术中所述改进变分模态分解后的结果；图6是本专利技术中所述短时傅里叶变换对图5中本征模态分量IMF1变换后的时间-频率-能量分布；图7是本专利技术中所述谱图重排法对图6结果进行处理的结果；图8是本专利技术中所述提取时间能量后绘制的故障信息曲线。图中：1、检测信号调制模块2、信号分离模块3、线缆及线缆故障模拟模块4、故障信号处理模块具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术一种飞机线缆微弱故障诊断方法进行详细的描述。本专利技术的一种飞机线缆微弱故障诊断方法，包括：基于虚拟仪器技术搭建的检测设备对飞机线缆反射信号进行采集；利用改进的变分模态分解对采集到的反射信号进行处理；对分解后的含有故障信息的本征模态分量进行短时傅里叶变换；利用重排谱图法对经短时傅里叶变换的本征模态分量的时频能量进行重新分布，将其分布至重心位置；然后提取时间能量信息以绘制飞机线缆的故障信息曲线，从能量角度诊断飞机线缆是否存在微弱故障。如图1所示，本专利技术的一种飞机线缆微弱故障诊断方法，包括：1、检测信号调制与发射模块2、线缆故障模拟及反射信号采集模块3、信号分离模块4、故障信号处理模块，将调制好的检测信号经信号分离模块处理后注入到待测线缆端，将采集到的反射信号经信号分离模块处理后与入射信号共同发送给故障信号处理模块，经处理后获取到故障信息。完成检测信号的生成与发射、反射信号的采集、故障信号处理、故障信息提取。如图2所示，本专利技术的故障信号的处理以及故障信息提取的流程图：原始信号即为传统扩展频谱时域反射法的相关结果，经过改进的变分模态分解处理后可得5个本征模态分量IMF1～IMF5,由于IMF1共存在3个波峰，故选取IMF1进行短时傅里叶变换得到如图6所示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机线缆微弱故障诊断方法，该方法基于PXI总线技术检测平台，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括带有操作系统的工业控制平板、信号发射板卡、信号采集板卡；所述软件系统为图形化编程语言LabVIEW软件，具体步骤如下：/n步骤1、在LabVIEW中编写调制信号生成程序以及信号发射、采集板卡的驱动程序，首先采用二进制相移键控调制方式将m序列调制到正弦载波上作为检测信号x(t)，然后通过信号发射板卡将该检测信号注入待测飞机线缆，当线缆某个位置发生故障时阻抗产生不连续，检测信号将在该位置发生反射；/n步骤2、利用信号采集板卡采集反射回来的信号y(t)，并将入射信号x(t)延迟τ后作为参考信号x(t-τ)与反射信号进行互相关运算获得互相关系数R

【技术特征摘要】
1.一种飞机线缆微弱故障诊断方法，该方法基于PXI总线技术检测平台，包括硬件系统和软件系统，所述硬件系统包括带有操作系统的工业控制平板、信号发射板卡、信号采集板卡；所述软件系统为图形化编程语言LabVIEW软件，具体步骤如下：
步骤1、在LabVIEW中编写调制信号生成程序以及信号发射、采集板卡的驱动程序，首先采用二进制相移键控调制方式将m序列调制到正弦载波上作为检测信号x(t)，然后通过信号发射板卡将该检测信号注入待测飞机线缆，当线缆某个位置发生故障时阻抗产生不连续，检测信号将在该位置发生反射；
步骤2、利用信号采集板卡采集反射回来的信号y(t)，并将入射信号x(t)延迟τ后作为参考信号x(t-τ)与反射信号进行互相关运算获得互相关系数Rxy(τ)；
步骤3、利用改进的变分模态分解对互相关系数Rxy(τ)进行分解获得一系列本征模态分量IMFs(InstrinsicModeFunction,IMF)，其中：s＝1、2、3…K，K为变分模态分解的本征模态分量个数K；当s＝1时，IMF1的峭度值最大，峭度计算公式为：



式中：Ku为峭度；x为本征模态分量的幅值；μ、σ分别为本征模态分量的统计均值和方差。
步骤4、选取步骤3中峭度值最大的本征模态分量IMF1，用短时傅里叶变换进行处理，获得包含故障特征的本征模态分量IMF1的时间-频率-能量分布；
步骤5、利用谱图重排法将步骤4中得到的时间-频率-能量分布重新分布到原时间-频率-能量分布的重心位置，对重排后的结果提取时间-能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：石旭东，刘阳，赵宏旭，李瑞蒲，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12