什么是HUMS？

健康和使用監(jiān)測系統(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)。振動監(jiān)測技術(shù)在檢測和防止災(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15年的歷史，作為一個安全系統(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)點包括：

? 安全性：提醒維護(hù)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(guān)操作。

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

基于HUMS技術(shù)不斷快速發(fā)展，更多的優(yōu)勢還有待發(fā)現(xiàn)。 通過加速度計和信號調(diào)節(jié)的技術(shù)利用，儀器的性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格將會實現(xiàn)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(jī)測試要求。 典型的HUMS應(yīng)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(jī)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(zhǔn)的飛行手冊參數(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，信號調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速計； 駕駛艙語音和飛行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)檢索和存儲卡。

HUMS應(yīng)用加速度計

壓電加速度計技術(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?加速度計集成了內(nèi)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(zhuǎn)換為低阻抗電壓信號。 通過全焊接密封設(shè)計，高阻抗電路被密封在加速度計內(nèi)并實現(xiàn)電氣屏蔽。 ICP?加速度計于20世紀(jì)60年代中期被首次生產(chǎn)出來，通過低成本的恒流源進(jìn)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(shù)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(zhì)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(jī)的變速器中的“特殊”環(huán)境。因此，HUMS加速度計應(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)在的型號可承受高達(dá)+ 150°C的高溫，遠(yuǎn)高于直升機(jī)的驅(qū)動或傳動系內(nèi)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(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生高阻抗的靜電荷輸出。 這些加速度計產(chǎn)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(zhuǎn)換為可用的低阻抗電壓信號，以用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 電荷放大器提供信號阻抗轉(zhuǎn)換，歸一化，增益/量程調(diào)節(jié)和濾波加權(quán)功能。 恒流源來自單獨的電荷轉(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通常用于考慮環(huán)境溫度因素環(huán)境中，例如渦輪機(jī)測量。

HUMS加速度計的技術(shù)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(zhuǎn)部件的診斷的高諧振頻率，以及準(zhǔn)對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題。同時具有低基應(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加速度計還具有安裝簡便的特點，特別是在直升機(jī)的某些傳動裝置上，單個中心通孔螺栓安裝設(shè)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(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，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。同時可提供用于HUMS的新型495B10差分電荷轉(zhuǎn)換器，通過飛機(jī)電源供電，轉(zhuǎn)換電荷輸出型加速度計的信號，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)計能力。PCB?可以根據(jù)特定客戶的要求對傳感器進(jìn)行定制，包括遵守任何通用的MIL，有些PCB?公司的HUMS傳感器還通過了RTCA-160E的部分測試。

對于更嚴(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（最高溫度達(dá)+ 649℃），以滿足特定的發(fā)動機(jī)測量要求。包括在飛行中或在試車臺上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)振動測量應(yīng)用；火箭發(fā)動機(jī)振動測量和推進(jìn)器振動應(yīng)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(yīng)用。 此外，3741系列高靈敏度MEMS加速度計，響應(yīng)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(nèi)，對劇烈振動提供精確的數(shù)據(jù)。

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(diào)理器，比如：顫振試驗、 地面振動試驗、 聲振測試、載荷系數(shù)測量、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、聲學(xué)和湍流、發(fā)動機(jī)健康（振動）監(jiān)測、動態(tài)疲勞、環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）、 控制系統(tǒng)的輸入和響應(yīng)測試、風(fēng)洞和空氣動力學(xué)試驗、主動振動控制、發(fā)動機(jī)/機(jī)身和航母資格測試和故障排除。

審核編輯：郭婷