FDR系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集有助于飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

了解飛機(jī)失事的原因?qū)τ诖_保航空旅行的未來安全以及挖掘飛機(jī)設(shè)計(jì)，制造工藝，材料等方面的任何潛在缺陷至關(guān)重要。每當(dāng)發(fā)生這樣的事件時(shí)，在處理人員恢復(fù)之后，第一項(xiàng)業(yè)務(wù)是定位飛行數(shù)據(jù)記錄器（FDR）和駕駛艙語音記錄器（CVR），它們提供航班最后一次的深度快照。時(shí)刻 - 最后一瞥所發(fā)生的事情和原因。在FDR系統(tǒng)中收集的數(shù)據(jù)可以幫助調(diào)查人員確定事故是由飛行員誤差，外部事件（例如風(fēng)切變）還是飛機(jī)系統(tǒng)問題引起的。多年來，這些數(shù)據(jù)有助于飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和預(yù)測飛機(jī)老化時(shí)潛在困難的能力。

首先在20世紀(jì)50年代使用，今天美國聯(lián)邦航空局要求所有商用客機(jī)配備這種記錄設(shè)備 - 所謂的“黑匣子”（實(shí)際上是鮮橙色以獲得更好的能見度，見圖1）。國際規(guī)則要求兩臺(tái)記錄儀能夠在嚴(yán)重航空器事故中可能遇到的情況下幸存;它們設(shè)計(jì)用于承受高速?zèng)_擊和高溫。 FDR利用安裝在整個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的傳感器，從組件和系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，告訴他們在事故發(fā)生之前和發(fā)生時(shí)如何配置和使用它們的故事。有傳感器可以檢測加速度，空速，高度，發(fā)動(dòng)機(jī)性能，機(jī)艙溫度和壓力，襟翼設(shè)置等。數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)集中和格式化來自這些傳感器的數(shù)據(jù)，以及來自車載計(jì)算機(jī)和其他儀器的數(shù)據(jù)，然后通過專用數(shù)字鏈路將其傳輸?shù)紽DR。

FDR是加固設(shè)備的縮影。它們的工作溫度范圍為-55°C至+ 70°C，可在長時(shí)間暴露于1，110°C火災(zāi)，260°C加熱10小時(shí)以及加壓鹽水和噴氣燃料的情況下存活。標(biāo)準(zhǔn)要求沖擊力為3，400 gs，持續(xù)時(shí)間為6.5毫秒，并且在施加負(fù)荷力為5，000 lbs的所有軸點(diǎn)處承受靜態(tài)壓碎力。在每個(gè)軸上五分鐘，等等。它們幾乎是堅(jiān)不可摧的。然而，訣竅是找到它們，特別是在海上發(fā)生碰撞時(shí)。通常，碰撞記錄儀位于飛機(jī)后部，而駕駛艙內(nèi)則配有通常有四個(gè)麥克風(fēng)的錄音機(jī)，跟蹤對(duì)話和環(huán)境噪音。完成記錄/碰撞系統(tǒng)的是具有淹沒傳感器的水下定位信標(biāo)，其發(fā)出可通過聲納和聲學(xué)定位設(shè)備檢測到的脈沖。當(dāng)水接觸傳感器時(shí)，信標(biāo)激活，發(fā)出37.5千赫茲（kHz）的脈沖通過水到14，000英尺的深度。當(dāng)前的固態(tài)FDR記錄了700多個(gè)參數(shù)，而20世紀(jì)50年代只有5個(gè)，其中最基本的是：時(shí)間，壓力，高度，空速，磁航向，垂直加速度，方向舵踏板位置，控制輪位置，水平穩(wěn)定器和燃油流量。

圖1：霍尼韋爾飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）“黑匣子”繪制了必要的國際橙色，便于視覺恢復(fù)。

如上所述，F(xiàn)DR收集并記錄來自各種傳感器的數(shù)據(jù)，如加速度計(jì)。例如，Measurement Specialties的834M1型加速度計(jì)具有±2000 g至±6000 g的動(dòng)態(tài)范圍，可用于沖擊測試和儀器儀表。低成本，可安裝在板上的三軸加速度計(jì)專為高幅度嵌入式沖擊應(yīng)用而設(shè)計(jì)，最大電流消耗為22μA，并具有全功率和信號(hào)調(diào)理功能。 834M1型號(hào)可提供±2000 g至±6000 g范圍，并提供高達(dá)6 kHz的平坦頻率響應(yīng)。它還具有-40°至+ 125°C的寬工作范圍，適用于惡劣環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)834提供相同的包絡(luò)，最大電流消耗低于4μA對(duì)于開發(fā)黑盒應(yīng)用傳感器的工程師，ADI公司的ADIS16240PCBZ（圖2）低功耗，可編程碰撞傳感器和記錄器評(píng)估/接口板可用于供應(yīng)商的16240 iMEMS技術(shù)數(shù)字沖擊檢測和記錄系統(tǒng)，各方向的沖擊測量。該傳感系統(tǒng)可自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，并可供任何支持4線串行外設(shè)接口（SPI）的處理器系統(tǒng)使用。 2 mm間距連接器可輕松連接1 mm帶狀電纜或焊接。該板還具有簡單的連接器轉(zhuǎn)換功能，使用戶可以繞過BGA焊接。

圖2：ADI公司的ADIS16240PCBZ是一款數(shù)字電擊檢測和記錄系統(tǒng)評(píng)估板。

對(duì)于那些喜歡使用PC接口的用戶，該公司的ADISUSBZ可用，并提供帶有簡單圖形用戶界面（GUI）包的USB接口，用于評(píng)估傳感器功能和性能。系統(tǒng)支持150-200SPS的采樣率。 ADI公司指出，由于USB端口由其PC的中斷結(jié)構(gòu)提供服務(wù)，因此該系統(tǒng)中的采樣雖然不完全相干，但足以滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)表參數(shù)驗(yàn)證，包括運(yùn)行中的偏置穩(wěn)定性。然而，它并不是一個(gè)包含開發(fā)工具，源代碼和軟件的完整開發(fā)工具包。

黑盒子走在路上

除了飛機(jī)碰撞記錄器之外，汽車對(duì)應(yīng)市場也在快速上升。涉及汽車的碰撞分析通常依賴于諸如打滑標(biāo)記，輪胎印刷，道路刨削，車輛損壞以及人類的不完美目擊者回憶之類的物理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，有黑盒子最終變得更加智能化，允許數(shù)據(jù)下載和分析。

通用汽車公司于1990年開始在汽車中安裝傳感診斷模塊（SDM）。福特隨后于1997年推出.SDM檢測加速度并進(jìn)行分割 - 安全氣囊展開的第二個(gè)決定。它每10毫秒跟蹤一次離散時(shí)間包的加速度，并確定是否需要安全氣囊展開。

除安全氣囊管理外，SDM還跟蹤制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，車速，油門百分比，安全帶使用情況等數(shù)據(jù)。并記錄崩潰數(shù)據(jù)。這可以從事件數(shù)據(jù)記錄器（EDR）中檢索，該事件數(shù)據(jù)記錄器是SDM的一部分。隨著警察和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)繼續(xù)要求使用這些設(shè)備，這些設(shè)備將發(fā)展為具有更大的存儲(chǔ)容量和帶寬，以及低速事件的準(zhǔn)確性以匹配高速崩潰。

一種用于汽車的設(shè)備-crash detection是ADI公司的單軸，高g，ADXL78系列iMEMS加速度計(jì)（例如AD22279-A-R2）。它是一款低功耗，完整的單軸加速度計(jì)，在單片IC上具有信號(hào)調(diào)節(jié)電壓輸出。該裝置（圖3）測量加速度，滿量程范圍為±35 g，±50 g或±70 g（最小值），并測量動(dòng)態(tài)加速度（振動(dòng)）和靜態(tài)加速度（重力）。

圖3：用于汽車黑匣子應(yīng)用的ADXL78的框圖

該設(shè)備設(shè)計(jì)合格，適用于前碰撞和側(cè)面碰撞安全氣囊應(yīng)用，振動(dòng)監(jiān)測和控制，車輛碰撞感應(yīng)和沖擊檢測。在惡劣的汽車溫度范圍內(nèi)，溫度穩(wěn)定且精確，具有高抗EMI/RFI性能，可對(duì)數(shù)字指令執(zhí)行完整的機(jī)械和電氣自檢，并具有低噪聲和低功耗（1.3 mA）。 》技術(shù)進(jìn)步繼續(xù)應(yīng)用于飛行和汽車碰撞記錄儀。對(duì)于飛行應(yīng)用，這些變化可能涉及駕駛艙視頻錄制設(shè)施和在撞擊時(shí)彈出的黑匣子，以便更容易找到它們。由于尋找MH370航班，重新引入了一項(xiàng)法案，該法案將強(qiáng)制推出黑匣子，以便能夠在水面上找到它們而不是埋在海底仍然是飛機(jī)。

鑒于車禍的數(shù)量和嚴(yán)重程度以及將駕駛從個(gè)人手中奪走的趨勢，記錄更多關(guān)于條件，環(huán)境和事件的數(shù)據(jù)將更有意義此外，還可以期待傳感器產(chǎn)品的持續(xù)開發(fā)。