一种内场检测仪设备机箱结构设计方法

一种内场检测仪设备机箱结构设计方法

关胜羽

成都能通科技股份有限公司，四川成都，610000

摘要：内场检测仪设备用于在装备现场或试验室对JZXWYD机进行功能检查及性能指标定量检测，可将故障定位到LRU（LRM）级，用于设备的定检及维修保障。内场检测仪设备设计尽量采用通用成熟技术，模块化设计架构，多使用标准器件，尽可能通用化便于产品生产及维修，因此可以借助机箱实现设备的集成化管理。基于此，本文就一种内场检测仪设备机箱结构设计方法进行了分析，以期能够为内场检测仪设备机箱结构设计提供一定的参考依据。

关键词：内场检测仪；航空领域；机箱设计

引言

内场检测仪设备目前在室内维修站以及飞机原位的排故检测中有着广泛的应用，随着应用场景的不断增多，其对内场检测仪的应用要求也越来越高，而借助机箱结构可以实现检测仪的集成管理，而且便于携带，方便运输，操作性更强。

一、内场检测仪设备组成结构及工作原理

内场检测仪设备的主要用途是用于在装备现场或试验室对JZXWYD机进行功能检查及性能指标定量检测，可将故障定位到LRU（LRM）级，用于设备的定检及维修保障。其系统组成如图1所示。在实际应用中，待测设备通过主机射频适配接口或者外接射频适配器与内场检测仪设备主机内部功率频率计、矢量网络分析仪、专用信号激励器等设备形成射频的通讯和测试拓扑，通过多功能串口离散线卡、1553B&ARINC429卡等经通用控制接口与待测产品进行控制交互及其中间信号的采样检测，从而形成完整的测试拓扑架构。

图1  内场检测仪设备原理框图

二、内场检测仪的机箱结构设计

（一）机箱结构设计思路

内场检测仪设备机箱结构设计思路来源于三家公司的产品：

1、瑞士的beltronic公司

基于NI的背板和控制器设计的加固型PXIe机箱，该机箱通过了严苛的美军标考核，可以工作在-20℃~50℃范围，下图2为该机箱的外形示意图：

图2  PXI-18S型机箱示意图

2、借鉴了艾法斯的ATC-5000NG、ATC-2000NG等的机箱结构设计

该机箱采用模块化射频适配接口的方式，通过更换射频适配接口可以实现对应答机、TCAS雷达等不同产品的测试，其外形示意图如下图3所示：

图3  ATC-5000NG和ATC-2000NG外形示意图

3、借鉴了VPC海量连接器应用的一款机箱外形结构

该机箱将海量连接器与射频适配接口混合使用，满足了大量低速信号与射频信号混合应用的系统，可以满足不同的待测产品的需求，下图4为海量连接器应用示意图：

图4  海量连接器应用示意图

（二）三款机箱的优劣势比较如下表所示：

表1机箱特点比较表

（三）机箱结构设计方案

结合以上三款机箱的设计特点，内场检测仪设备机箱的结构设计如下图5所示：

图5  内场检测仪设备三维示意图

1、外观设计

仪器正面左半部分由显示屏、功能按钮、电源开关、USB接口等组成，右半部分由主机射频适配接口、时密卡接口、海量连接器（如果低频信号实际数量不够，可以考虑改成两个航空头的设计，一个多引脚的低频信号接口，一个电源接口）等组成。主机频适配接口模块可根据待测对象的不同进行替换，从而满足更多的测试需求；通用控制接口将各PXIe模块数字信号、串口信号、待测产品的供电信号统一连接对外，其走线从PXIe机笼底部引到前面板。

2、内部设计

内场检测仪设备内部主要由主机射频适配接口单元、PXIe机箱单元、激励器和定制直流电源等部件组成，主机射频适配接口单元位于机箱左部，主要由两部分组成，一部分是固定于机箱前面板的固定衰减器，一部分是位于机箱中后部的开关拓扑电路模块，该模块上部接口与固定衰减器互连，右侧接口与机箱侧面相连，采取内嵌式设计，避免连接器突出仪器表面，碰撞受损，该接口主要与外接射频适配器互连，左侧接口与内部PXIe机箱内的各模块互连。PXIe机箱单元主要位于仪器的左上部，显示屏后方，用于安装各PXIe仪器模块，该模块采用后插式设计，打开机箱后盖板，即可完成对PXIe模块的拆卸。PXIe机箱下方是专用信号激励器的安装位置，定制直流电源安装在内场检测仪设备左侧面的盖板上，帮助电源散热。内部布局如下图6所示：

图6  内场检测仪设备内部布局示意图

3、内场检测仪设备机箱背板结构设计

内场检测仪设备机箱背板设计为以PXIe总线为主的混合型背板架构，其主要包含嵌入式控制器接口、功率频率计接口、矢量网络分析仪（含加热模组）、多功能串口离散线卡、1553B&ARINC429卡等模块的安插位置，定制直流电源通过LRM连接器与背板直接连接，其布局图如下图7所示：

图7  定制背板前视图

4、定制直流电源结构设计

定制直流电源采用六面金属屏蔽，电磁兼容性能良好。内部实体封装，全密封式一体化结构设计，有效地防尘、防潮湿，抗冲击、抗振动，防腐蚀、防霉菌、防盐雾，在极端恶劣环境下的耐受能力强。工作环境温度、存储环境温度范围更广，稳定性、可靠性更高。其结构特点如下：一是六面金属屏蔽，电磁兼容性能良好，有效降低外接各类元器件的干扰；二是防尘、防盐雾、防潮湿，其采用的是灌胶封装，所有原器件均与外接完全隔离，导热硅胶在辅助散热的同时，还能起到保护器件不受外接粉尘、灰尘、盐雾、水气等干扰；三是抗冲击、抗振动，防腐蚀、防霉菌，电源内部的器件被导热硅胶整体包裹，当电源处于振动环境下，尤其是多维度不同方向、不同频率的振动，对电源的器件影响很小，保护了大电容等器件，在振动时避免发生针脚断裂的情况，也防止小的贴片器件发生脱落的可能性，由于器件是完全和外接隔离，电源不会有被腐蚀氧化和产生霉菌的可能性；四是稳定性和可靠性高，功耗小使得电子设备内温升也低，减小了周围元件的高温损坏率，使设备的热稳定性和可靠性极大地提高，灌胶保证了器件工作环境的稳定性，也就确保了电源整体工作的稳定可靠；五是模块电源采用整体化散热设计，小功率模块电源可以通过贴用户机箱壁安装散热，无需风扇，节省空间，大功率模块电源（一般500W-3000W），采用自带散热片设计，只要客户的使用环境有一定的空气对流，电源会将热量通过散热片通过自然空冷的方式传导出去，从而避免因为散热风扇损坏导致的电源散热故障

结语

综上所述，内场检测仪的应用场景比较多，科学的机箱设计能够实现检测仪设备的集成化，更加便于操作，方便应用于多个场景之中，具有较高的应用价值。

参考文献：

[1]邹亮.机载防撞设备内场检测仪的设计与实现[D].电子科技大学,2017.

[2]姜羿帆.航空相机内场检测仪设计研究[D].吉林大学,2016.

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[5]董恩生,姜亦林,于相斌.基于AVR单片机的某型飞机防冰系统检测仪设计[J].计测技术,2012(04):23-26.