脉冲火花放电(PASD)是一种无损电缆诊断技术,由美国桑迪亚国家实验室开发,并根据联邦航空管理局(FAA)的合同要求,在飞机布线系统进行了应用。PASD采用低能高压电弧技术和时域反射技术,从绝缘缺陷处产生的反射。PASD诊断可以检测和定位阻抗分布不均匀的电缆/电线束中的一系列电气绝缘损伤。本文将讨论PASD的概念,并介绍该技术在飞机布线系统的试验室中的测量结果。
上世纪90年代,美国能源部(DOE)、美国海军和联邦航空局(FAA)资助了桑迪亚国家实验室的一种新型电线系统诊断技术的研究和开发,该诊断技术被称为脉冲火花放电(PASD)。在1996年美国能源部赞助的核能计划下,PASD的概念和技术首次在电线系统上进行了演示和应用。桑迪亚国家实验室在为DOE开发PASD的初期阶段取得了成功,并与美国海军签订了一份合同,探索将该概念用于控制和电力系统的复杂布线系统。这项工作,2001年8月完成,证明了这种技术对于飞机电缆的严重缺陷以及微小裂纹都可以进行识别和定位。2002年10月,FAA与桑迪亚国家实验室开始了长达3年的合作,开始专注于商用飞机布线系统,并在短期内实现商业化。PASD技术在定位与老化过程、制造缺陷和安装损伤相关的飞机布线缺陷诊断方面具有巨大的潜力。
图1显示了PASD诊断的概念。PASD技术使用高电压、低能量(几毫焦)、短脉冲在绝缘缺陷处引起电火花放电。放电从被测导线的导体到相邻的回路(另一根导线或接地面)。在几纳秒内,电弧阻抗崩溃,产生瞬时短路,将能量反射回注入点的传感器。传统的时域反射(TDR)技术用于准确定位缺陷部位。PASD技术是对绝缘系统介电强度的直接测试。由于PASD电压不足以击穿任何绝缘,只有暴露中心导体的缺陷受到影响。脉冲电压升高,直到在缺陷部位击穿,引起的基线波形的变化。
图1所示。用于定位电线系统缺陷的PASD诊断概念。在测试实例中选用单芯导体。接地平面可以是相邻的绝缘导体或金属平面,如铝飞机外壳。由于注入低能量高电压脉冲,在绝缘损坏处发生电击穿。击穿可以发生在两个相邻的导体之间,或从一个导体到地平面,如编织屏蔽或金属平面。
图2显示了在一个屏蔽层上有0.7mm孔的同轴电缆,以及绝缘层被破坏的双绞线上测试得到的波形示例。两个传感器电压随时间波形变化的位置描述了缺陷部位的物理位置。一种简单的差分算法可以很容易地定位两种波形之间的变化。PASD可以使用多种不同的技术来应用,包括使用多次脉冲注射来改善长线路PASD的响应。PASD已经在100英尺长的线束中得到了有效的验证。