直升机健康与使用监控系统（HUMS）

什么是HUMS？

健康和使用监测系统（HUMS）作为直升机和一些固定翼飞机的有效预测性维护策略已获得广泛接受。 由于飞机上有大量的关键的涉及飞行安全的系统，尤其是直升机的旋翼系统。振动监测技术在检测和防止灾难性机械故障的发生是非常有效的。 HUMS的产生已经有超过15年的历史，作为一个安全系统，已逐步成为降低飞机维护成本的第一策略。 HUMS系统的主要优点包括：

• 安全性：提醒维护人员动力传动系统的的健康状况和超出允许范围的相关操作。

• 经济性：减少非收益飞行，检修和故障清除；节省保险费用。

基于HUMS技术不断快速发展，更多的优势还有待发现。 通过加速度计和信号调节的技术利用，仪器的性能的标准和规格将会实现继续优化，以满足航空航天和国防工业的苛刻的飞机测试要求。 典型的HUMS应用包括旋翼锥体和动平衡；传动轴平衡；监测（传动振动，发动机振动）； 齿轮箱（主齿轮箱，尾部和中间位置） 和滚动轴承诊断。 此外，HUMS能够记录飞行条件超过批准的飞行手册参数，并在每次飞行后检查飞行器的健康状况。

机载HUMS系统包括基本数据采集设备和处理器，飞行员界面和显示面板；转子叶片跟踪器； 压电加速度计，信号调节器和转速计； 驾驶舱语音和飞行数据记录器;频域反射计（FDR）。 安装在地面上的是HUMS信息管理系统，具有数据检索和存储卡。

HUMS应用加速度计

压电加速度计技术是在HUMS应用中已被广泛接受。传感器通常具在性能、可靠性和封装等方面均有特殊的要求，当然这取决于飞行器的细节和标准。 压电式HUMS加速度计可分为电荷输出型和ICP®型（集成放大电路）传感器。 PCB Piezotronics（PCB®）是ICP®的先驱，而且ICP®已经发展成为现今的一种行业标准。

ICP®加速度计集成了内置的微电子放大器，其功能是将来自压电敏感元件的高阻抗静电电荷转换为低阻抗电压信号。 通过全焊接密封设计，高阻抗电路被密封在加速度计内并实现电气屏蔽。 ICP®加速度计于20世纪60年代中期被首次生产出来，通过低成本的恒流源进行供电，两线制线路，其中信号/供电通过同一条线路传输，另一条线路用作接地。

该技术的主要优点是ICP®加速度计能够通过很长的普通电缆在干扰环境中保持低阻抗连续工作，而不会增加噪声或降低信号质量。因为不需要低噪声电缆和电荷放大器，所以每通道的成本小于使用电荷输出型传感器，特别适用于在直升机的变速器中的“特殊”环境。因此，HUMS加速度计应该不受电气干扰（和EMI）、电缆噪声以及恶劣环境（例如变速箱中的润滑剂喷雾）的影响。 从历史上看，ICP®技术的唯一严重缺陷是温度，但是现在的型号可承受高达+ 150°C的高温，远高于直升机的驱动或传动系内的测量点或位置的正常温度。

HUMS电荷输出型加速度计针对施加到压电陶瓷或石英晶体敏感元件上的机械应力产生高阻抗的静电荷输出。 这些加速度计产生的高阻抗信号通过低噪声电缆连接到电荷放大器中，电荷放大器将电荷信号转换为可用的低阻抗电压信号，以用于数据采集系统。 电荷放大器提供信号阻抗转换，归一化，增益/量程调节和滤波加权功能。 恒流源来自单独的电荷转换器或者读读取仪器或HUMS内部采集单元。 电荷输出型加速度计通常用于考虑环境温度因素环境中，例如涡轮机测量。

HUMS加速度计的技术规格可能因具体用户而异。通常的考虑事项包括针对旋转部件的诊断的高谐振频率，以及准对旋翼锥体低频相位数据的准确性； 传感器需要具有电气隔离，以排除明显的电气干扰问题。同时具有低基应变和外壳应变灵敏度；可靠性和可维护性高的接头和电缆系统，以及具有用于抵抗恶劣环境的密封连接器或整体电缆型式。 HUMS加速度计还具有安装简便的特点，特别是在直升机的某些传动装置上，单个中心通孔螺栓安装设计。

PCB®适用于HUMS的传感器

所有PCB Piezotronics 的HUMS传感器具有坚固的陶瓷和石英传感元件，顶出或侧出的电气连接器，以及各种密封结构的配置。高温型号的工作温度高达+482℃，且具有500 g量程范围，频率高达15kHz，多种灵敏度可选，包括最常用的10和100 pC / g。除了所有上述规格外，PCB®传感器还有电气绝缘型号，密封在不锈钢或钛外壳中，以减少EMI和接地回路干扰，剪切模式传感结构，以最小化外壳应变。同时可提供用于HUMS的新型495B10差分电荷转换器，通过飞机电源供电，转换电荷输出型加速度计的信号，使其能够与标准数据采集设备一起使用。

这些传感器为关键应用提供了解决方案，具有先进的设计能力。PCB®可以根据特定客户的要求对传感器进行定制，包括遵守任何通用的MIL，有些PCB®公司的HUMS传感器还通过了RTCA-160E的部分测试。

对于更严苛的航空航天应用，PCB®还生产了高温航空航天加速度计（最高温度达+ 649℃），以满足特定的发动机测量要求。包括在飞行中或在试车台上的燃气涡轮发动机振动测量应用；火箭发动机振动测量和推进器振动应用。有些加速度计型号可用于核辐射环境中，并且能用于核发电或空间飞行器的极限温度和辐射的综合环境下应用。 此外，3741系列高灵敏度MEMS加速度计，响应低至0 Hz，满量程范围为2至200 g，灵敏度分别为1 V / g至10 mV / g，在很宽的温度范围内，对剧烈振动提供精确的数据。

近40年来，PCB®制造了各种适用于航空航天飞行测试和飞行监测的传感器和信号调理器，比如：颤振试验、 地面振动试验、 声振测试、载荷系数测量、结构动力学、声学和湍流、发动机健康（振动）监测、动态疲劳、环境应力筛选（ESS）、 控制系统的输入和响应测试、风洞和空气动力学试验、主动振动控制、发动机/机身和航母资格测试和故障排除。

审核编辑：郭婷