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陈
智，杨学莉
（航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司，陕西西安710089）
摘要：针对某型飞机燃油测量系统受电磁干扰问题，分析了燃油测量系统的原理和电磁干扰机理，研究了故障发生的原
因，制定了抑制干扰的措施，解决了燃油测量系统受电磁干扰油量跳变问题，为后续飞机燃油测量系统设计使用提供参考。关键词：燃油测量系统；油量传感器；油量跳变；电磁干扰中图分类号：TM623文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2019）04-0104-02 0引言
飞机的燃油测量系统是飞机燃油系统的一个重要组成部分，其功能是准确地测量并显示全机总可用燃油
量和各分组油箱的可用燃油量。在飞行过程中，及时准确了解飞机的油量，对于完成作战、训练任务和保障飞行安全，有着十分重要的意义。因此，燃油测量系统的精度、可靠性等对飞机的性能有着重要影响。油量测量系统的精度受很多的因素的影响，除了系统自身误差原因外，电磁干扰也是一个重要的影响因素。
本文针对某型机燃油测量系统出现的受电磁干扰问题进行了分析研究，从系统工作原理的角度分析了电磁干扰的作用机理，并通过试验模拟故障现象，定位故障原因，提出通过屏蔽、滤波的方法消除电磁干扰的影响的解决措施。为今后的飞机电磁兼容性设计积累工程经验。
1燃油测量系统电磁干扰问题分析
在地面试验时发现，当超短波电台发射时，各组油箱燃油油量会产生不同程度跳变，部分油箱油量传感器出现报故情况，超短波电台停止发射时，燃油测量系统指示均正常。该故障现象在其它多架飞机上均出现过，由此可判定该故障不是油量传感器本身或燃油测量系统内部的故障，而是由超短波电台电磁干扰问题导致的故障。
1.1燃油测量系统测量原理
油量测量计算机中的C/V 板对油量传感器施加恒频恒压的25kHz 激励信号，经油量传感器内部的二极管整流后，将电容的变化量转换为电流信号传送至油量测量计算机。油量传感器的信号变换原理见图1
。
图1油量传感信号器的信号变换原理Cx 为传感器感受端电容，虚线方框为屏蔽管。全波正弦激励信号输入Cx 中管，通过Cx 内管和二极管整流后输出半波信号，半波的电流值与油量趋势成正比变化关系。
电流信号经计算机内部的C/V 板放大电路放大和变换后，输出为电压信号。电压信号经A/D 板转换后，由单片机采集得到，并由此计算出各油量传感器浸油高度。因油量测量计算机中存储有各组油箱的油面高度与容积的变化曲线，根据前面计算出的浸油高度，经过插值计算后可以得到各组油箱的燃油体积，与燃油密度相乘，可得到各组油箱的测量油量。
油量测量计算机在进行油量计算的同时，也进行了故障检测，并对系统出现的故障进行隔离，同时向发参系统发送故障信息。
油量传感器测得的电容信号经过C/V 、A/D 转换后的输出电压一般为0.1V ～9.9V ，此为油量传感器有效测量范围。当油量传感器出现断路或短路故障时，经A/D 转换后的输出电压将大大超出该测量范围，此时油量测量计算机判定该油量传感器输出信号无效，并发送该油量传感器故障信息。
1.2燃油测量系统电磁干扰分析
电磁干扰问题的构成要素有三个，分别为干扰源、耦合途径和敏感设备。对该飞机燃油测量系统电磁干扰问题来说，干扰源为机上的超短波电台，耦合途径和敏感设备需进一步分析确认。
1.2.1油量测量计算机电磁兼容设计
本系统的油量测量计算机机箱采用焊接式整体设计，仅上下盖板、前面板及插座可以拆卸，且上下盖
板与机箱安装面以及前面板与插座安装面均装有屏蔽胶垫，具有良好的屏蔽效果。另外，油量测量计算机内部有电源滤波器，用于滤除通过电源线传导进入的电磁干扰信号，其内部信号线上配备穿心电容滤波排加强滤波，用于滤除通过信号线传导进入的干扰信号。1.2.2油量传感器电磁兼容设计
油量传感器采用三层管设计，最外层为金属屏蔽管，能有效保护传感器不受电磁辐射干扰。油量传感器插头部位采用金属接线盒设计，内部线路在金属接线盒内受到良好屏蔽保护。1.2.3连接电缆
油量测量计算机上有X1、X2、X3和X4插座。X1插座通过机上电缆与机上直流28.5V 电源连接并接地；X4插座为地面检测口，仅在地面检测时使用，其余时间采用屏蔽盖密封；X2和X3插座，通过机上电缆分别与左组和右组的油量传感器插座连接，机翼部分电缆须穿过机上隔板再连接。
机上连接电缆均为屏蔽电缆。但与油量测量计算机和油量传感器相连的电缆插头（包括穿墙插头）尾附件为非屏蔽尾附件，电缆插头（包括穿墙插头）端有约8cm 的非屏蔽段，且插头非屏蔽尾附件端口有较大缝隙。
当超短波电台开启时，电磁干扰信号可以通过直接辐射的方式通过电缆插头尾部空隙和油箱与传感器安装面非屏蔽间隙进入油量传感器，也可以通过先辐射电缆非屏蔽段信号线（包括传感器端、电缆中间转接端和测量计算机端），再通过电缆信号线传导至传感器内部。
1.2.4燃油测量系统电磁干扰分析结论
2019
（Sum.No 196）
信息通信
INFORMATION &COMMUNICATIONS
2019年第4期（总第196期）
经过上述分析，该飞机燃油测量系统受电磁干扰问题中的耦合途径可以确认为机上电缆的非屏蔽段，敏感设备为油量传感器。当信号传输路径屏蔽不好时，外部电磁信号能够通过辐射和信号线传导方式叠加至油量传感器的信号输入、输出线上。当输入的全波信号受到干扰时，会使输出半波的幅值产生变化，导致后端油量测量计算机进行电压变换后数据失真，从而影响油量测量数据。当输出半波信号受到干扰时，正向信号会通过二极管对地被吸收，但负向电压会叠加至输出信号，改变输出信号的幅值，导致后端油量测量计算机进行电压变换后数据失真，从而影响油量测量数据。
油量测量计算机虽然采用了穿心滤波排进行了滤波处理，对模拟信号有较好的滤波效果，但当油量传感器信号输入输出端受到干扰时，因输出的半波信号幅值已经发生了改变，即使后端信号变换电路能够滤除杂波，也无法恢复其幅值，不能改变测量受扰情况。
2燃油测量系统电磁干扰试验验证
为确认分析结论的正确性，在试验室环境下对燃油测量系统进行了电磁干扰试验验证。采用机上同型号超短波电台，试验频率100MHz～400MHz，在距离超短波天线2m范围内对燃油测量系统进行电磁干扰。
试验结果表明：对油量传感器和油量测量计算机通讯电缆及收头做连续屏蔽处理，燃油测量系统够承受电台干扰，正常工作；当油量传感器和油量测量计算机通讯电缆的屏蔽收头拨开时，燃油测量系统会受到超短波电台严重干扰，在多个频点出现油量超差，并在部分频点出现油量传感器报故。
3燃油测量系统电磁干扰解决措施
经过以上的分析和验证，该飞机燃油测量系统受电磁干扰影响造成油量跳变问题的原因已明确，是外部电磁信号通过辐射和信号线传导方式叠加至油量传感器的信号输入、输出线上，造成油量传感器输出信号失真，从而影响油量测量数据。因此，采取抗干扰措施应能改善该飞机燃油测量系统抗电磁干扰能力。
3.1屏蔽设计
电磁屏蔽是防止交变电磁场感应和辐射的有效方法。电磁屏蔽就是用屏蔽体阻止高频电磁波在空间传
播的技术措施，它阻断了干扰源到敏感电路之间的电磁干扰传播途径。电磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性。因此将机上电缆的尾附及中间转接部分改为屏蔽尾附件，并需做到连续屏蔽，可以防止电磁干扰信号从插头尾附直接辐射进入油量传感器内部，同时也防止电磁信号通过辐射机上电缆再传导至油量传感器内部。之前的电磁干扰试验结果也能证明这种屏蔽措施有效。但因机上部分油量传感器和油量测量计算机电缆连接部分带非屏蔽转接插头，无法做到连续屏蔽，因此还可以采用滤波的方式抗电磁干扰。3.2低通滤波
穿心电容
因机上超短波电台的发射频段为100MHz～400MHz，远高于油量传感器的输入输出信号，为降低电磁干扰的影响，可在油量传感器的信号输入、输出端增加滤波电路，对干扰信号进行滤波处理。如图2所示。通过增加C1电容形成低通滤波电路，可以通过25kHz低频有效信号，防止25MHz以上干扰信号从输入信号线串入传感器Cx，防止输出信号发生异常变化；通过在输出信号线上增加低通滤波电路，可以通过25kHz低频有效信号，防止25MHz以上干扰信号正向信号被地线吸收，
剩下负向信号叠加而改变输出信号的负半波幅值。
图2油量传感器滤波电路示意图
3.3抗干扰措施地面验证试验
3.3.1试验室环境验证
按照图2对油量传感器内部增加低通滤波电路后，在试验室环境下对燃油测量系统进行了电磁干扰试验验证。采用机上同型号超短波电台，试验频率100MHz～400MHz，在距离超短波天线3m范围内对燃油测量系统进行电磁干扰。
将油量传感器和油量测量计算机通讯电缆上油量测量计算机端做好屏蔽收头，传感器端也做好屏蔽收头，通讯电缆中间转接头不做屏蔽收头处理，燃油测量系统能抗超短波电台的电磁干扰，工作稳定。
试验结果表明：在试验室环境下，对传感器增加滤波电路和线缆进行不完全屏蔽可有效消除超短波电台的辐射干扰，但需在飞机上验证。
3.3.2机上验证
试验1：机上油量传感器和油量测量计算机通讯电缆不做处理（即油量测量计算机端、传感器端及通讯电缆中间转接头均不做屏蔽收头处理），仅对油量传感器进行更改，在其内部增加低通滤波电路。
试验结果表明：燃油测量系统受电磁干扰影响有所改善，虽未出现传感器报故现象，但部分频点依然存在油量数据超差。
试验2：将机上油量传感器和油量测量计算机通讯电缆上油量测量计算机端做好屏蔽收头，传感器端也做好屏蔽收头，通讯电缆中间转接头不做屏蔽收头处理，并对油量传感器进行更改，在其内部增加低
通滤波电路。
试验结果表明：采用屏蔽加滤波的方式后，燃油测量系统工作稳定，够承受超短波电台电磁干扰。
4结语
该飞机的燃油测量系统在设计阶段完成并通过了电磁兼容测试试验。但由于燃油测量系统在做电磁兼容试验时油量传感器、连接电缆和油量测量计算机这三个环节处于一个完整屏蔽状态。而机上各种电子设备由于空间的限制彼此之间距离很近，机上的电磁环境非常复杂。所以在燃油测量系统的设计、制造、安装中都必须充分考虑到抗干扰问题，从源头上提高自身抗电磁干扰能力。
参考文献：
[1]刘韬.飞机油量测量系统电磁干扰问题研究[D].成都：电子
科技大学,2009,11.
[2]姜恒，周升阳.飞机油量测量系统电磁干扰问题研究[J].科
技展望,2015,21:139.
作者简介：陈智（1985-），女，陕西城固人，工程师，飞机燃油系统设计；杨学莉（1965-），女，陕西西安人，高级工程师，飞机燃油系统设计。
信息通信陈智等：某型飞机燃油测量系统电磁干扰问题研究
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