摘 要: 利用工業 CT 技術對（duì）某型航（háng）空發動機數控係統（tǒng）的總溫（wēn）傳感器故障件進行了檢測，從而無損、高效（xiào）、準確地檢測到故障點，並利用其提供的傳感器（qì）內部信息對故（gù）障原因進（jìn）行（háng）了分析，采取了相應的改進措施。通過環境試驗驗證了改進措施的有效性，表明該型傳感器（qì）的（de）可靠（kào）性得到了顯著提高。因（yīn）此，工業 CT為機載傳感器的故障檢測提供了（le）一種行之有效的新途徑（jìng）、新思路，可以在其可靠性提（tí）升上推（tuī）廣應用。
 
      關鍵詞: 工業 CT; 機載（zǎi）傳感器; 故障檢測; 可靠性
 
      0 引 言
 
      現（xiàn）代航空發動機正朝著高溫、高壓（yā）、高轉速的方向發展［1］，其上愈加惡劣的工作環境不可避免地對數控係統中（zhōng）傳感器的穩定工作產生不利影響，導致（zhì）傳感器故障發生（shēng），進而幹擾（rǎo）控製係（xì）統使發（fā）動機性能下降［2］。因此，提高傳感器的可靠性對發（fā）動（dòng）機安全、可靠工作極為重要。通過對傳感（gǎn）器故障件的科學診斷，探索其失效機理，將有利於傳感器的迭代（dài）設計，進而不斷提升可靠性。傳（chuán）統的傳感器故障檢測方法（fǎ）存在下（xià）列（liè）局限性: 1) 無損檢測時，一般采用 X 射線機，僅適用於（yú）對傳（chuán）感器的金屬結構進行觀察，非金（jīn）屬部分無法清晰顯現。且（qiě）一般隻能（néng）二（èr）維成像，無法三維立體顯示。2)破壞性觀察。對故障件進行分解（jiě）以（yǐ）查找故障點，容易造（zào）成故障點在分解過程中被破壞而無法定位。
 
      工業 CT 技術能（néng）清（qīng）晰、直觀、準確地呈現被檢測物體內部（bù）的結構( 包括金屬及非金屬部分（fèn）的三維信息可視化) 、密度變化以及缺陷的性質（zhì）、位置和大小（xiǎo）。在工業、農業領（lǐng）域有著廣（guǎng）泛（fàn）的應用（yòng）［3 ～ 7］。工業 CT 的上述特點，使其成為傳感器故障無損、準確、高效和全方位檢測行之有效的手段之（zhī）一，對傳（chuán）感器可靠性的提升（shēng）具有重要（yào）作用。
  
     本（běn）文針對某型航空發動機數控係統的高壓壓氣機進口總溫（wēn）傳感器的（de）故障現象，利用工業 CT 技術對其（qí）進行了無損檢測，從而快速、準確地定位到（dào）故障點，並利用其提供（gòng）的傳感器內部信息對故障原因進行了分析，采取了相應的改進措施（shī）。最後通過試驗驗證了改進措（cuò）施的有效性，結果（guǒ）表明該傳（chuán）感器的（de）可靠性得（dé）到了顯著提高。
 
     1 、故障描述
   
     某型航空（kōng）發動（dòng）機數控係統的高（gāo）壓壓氣（qì）機進口總溫傳感（gǎn）器( 以下簡稱“傳感器”) ，為鎧裝薄膜鉑電阻式溫度傳感（gǎn）器。其核心部件為感（gǎn）溫元件，結構示意圖如圖 1 所示（shì），主要由不鏽鋼外殼、薄膜（mó）鉑電阻、轉接導線、墊（diàn）塊等組（zǔ）成，其中（zhōng）薄膜鉑（bó）電阻的引線與（yǔ）轉（zhuǎn）接導線（xiàn）采用火焰硬釺焊連接。
  
     
        圖（tú） 1 感溫元件結構示意圖
 
     傳感器的故障為在使用過程中（zhōng），出現輸出跳（tiào）變。根據傳（chuán）感器的（de）結構特點，可以推斷傳感器內部（bù）存在接觸不良現象。但受製於前期的故障檢測手段，始終未能準確地定位故障點，無法對傳感器進（jìn）行結構和（hé）工藝上的改進，嚴重影響了傳感器的可靠性提升（shēng）。
 
  
     2 、CT 故障定位
 
     2． 1 檢測設備與試驗條件
    
     傳（chuán）感器故障件檢測設備采用的（de）是通（tōng）用電氣公司( GE)生產的 X 射線高分辨率微焦點工業 CT 係統。該係統具備180 kV 微焦點定向式（shì） X 射線管，細節分辨能力可達（dá） 1 μm;高對比度的 14 位數字平板式探測器，分辨率( 像素大小)200 μm × 200 μm。係統可以獲得（dé）各（gè）種大小試件的高精度3D 信息。
 
     試驗時，利用（yòng）微焦點錐束 CT 對傳感器故障件進（jìn）行檢測（cè）。為獲得高分辨率 CT 圖像，微焦點 X 射線源采用了低功率以獲得更小的焦點尺（chǐ）寸，調節射線源至故障件（jiàn）的距離以實現高比例放大（dà）成像。故（gù）障件（jiàn）斷層掃描間距為 0． 05 mm，通過計算機斷層掃描後，利用 CT 數據采集和圖像重建軟（ruǎn）件得到故障件特定的截麵圖（tú）像。
 
     2． 2 檢測結果與分析
 
     工業 CT 是基於（yú）不同密（mì）度的物質對 X 射線的衰減係數不同（tóng），從而在重構圖像（xiàng）中顯示（shì）不同的灰度差異，進而分辨不同的物質。因此，傳感器內部的金屬部分( 如鉑電阻引（yǐn）線、導線) 、非金屬部分( 如熱（rè）縮套管、膠黏劑) 及空腔（qiāng）能很好的區分開來。
 
     圖 2 是傳感器故障件的感溫元件部位在某一深度處的CT 縱向二維切片圖像（xiàng）。從圖中可以明顯地看到鉑電阻引線與轉接導（dǎo）線（xiàn）的焊點，以及在焊點根部的多股轉接導線上出（chū）現了一個斷點（diǎn）。由於未對故障件進行任（rèn）何破壞性的觀察（chá），因此可以確定該斷點是（shì）在工作過程中形成的。並且從圖中可以看出多（duō）股（gǔ）轉接導線呈鬆散狀態。
  
    
     圖 2 感溫（wēn）元件 CT 縱向切片圖
 
     圖3 是傳感器故障件的感溫元件部位在上述斷點附近的 CT 橫向二維切片圖像。從圖中可以看出轉接導線在感溫元件內的（de）分布（bù）以（yǐ）及（jí）其周邊（biān）的灌膠狀況。該圖同樣（yàng）顯示出（chū）轉接導線比較鬆（sōng）散，部分小股線束已經斷裂。此（cǐ）外，圖像中明（míng）顯有多處麵積較大、顏（yán）色較深的（de）部分( 例如圖中（zhōng）用白線圈出的區域) ，說明轉接導線周邊的灌膠不充分，有氣泡、空腔存在。
  
    
     圖 3 感溫元件 CT 橫（héng）向切片圖
 
     通過對圖 2 和圖 3 的上述分（fèn）析可知，傳（chuán）感器的故障點位於（yú）薄膜鉑電阻（zǔ）引（yǐn）線與轉接導線焊接點的根部，為轉接導線斷裂（liè）。通過進一步試驗排除了鉑電阻引線與轉接導線的火焰硬釺焊對導線強度的影響。因此，可以確定感溫元件（jiàn）內的膠黏劑灌（guàn）封不充分是導致導線斷裂的主要原因。在灌膠不充分的情況下，導線處於懸空狀態，在使用過程中受（shòu）振動作用（yòng）發（fā）生（shēng）晃（huǎng）動而發生疲勞斷裂，導致接觸不良（liáng），從而造成傳感器（qì）輸出跳變。值得一提的是（shì）感溫元件為手動灌膠，在（zài）生產過程中，來回推拉導（dǎo）線，造成多股導線鬆散（sàn），也是其發生斷（duàn）裂（liè）的不利因素之一。
 
  
     3、 改進措施
 

     針對上述故障原因（yīn），為避免感溫元件內手動灌膠造成（chéng）灌膠不（bú）充分，一（yī）致性差、多股導線鬆散等缺陷，對感（gǎn）溫元件內的灌膠工藝進行了改進。設計了自動灌膠係統，並明確灌膠壓力和灌（guàn）膠時間等工藝參數。該係統主要由精密點膠機和灌（guàn）膠夾具兩部分組成，可以實現快（kuài）速拆（chāi）裝、控製打壓壓（yā）力，提高了生產效率，同時可以保證感溫元件灌膠（jiāo）的一致性。
 
     4 、可靠性提升驗證
 
     為驗證改進措施的有效性，判斷傳感器在改進灌膠工藝後，其可靠性（xìng）是否得到大幅（fú）提升，不同操作人（rén）員（yuán）利用自動灌膠係統分批製備了 20 隻感溫元件，並將其裝（zhuāng）配成（chéng）完整產（chǎn）品。最後對上（shàng）述 20 隻產品進行了溫度衝（chōng）擊、耐久振動和衝擊試驗。其中耐久振動按正常試驗時間的 2 倍進行（háng），並同時（shí）施加溫度應力。振動試驗全（quán）程監控傳感器輸出電阻，未
出（chū）現跳變現象。試驗結束後，檢查試驗件外觀並測試性能，未出現異常，均滿足使（shǐ）用要求（qiú）。同時利用工業 CT( 檢測（cè）設備與試驗（yàn）條件同上) 對試驗件進行了無損檢測。圖 4 是試驗後感溫元件內鉑電（diàn）阻引線與轉接導線的 CT 三維圖像。從中可以清晰、直觀地（dì）看到兩者完好無損，導線呈自然鬆弛狀態（tài）。
 
     目（mù）前，改進（jìn）灌膠工藝後的傳感器已大量生產並裝（zhuāng）配發動機使用，傳感器在外場的故障率顯著下降。由此可見（jiàn），改（gǎi）進措施是合理有效的，傳感器的可靠性有了（le）顯著提升。
 

     圖4 試驗後鉑電阻引線與轉接導線（xiàn）的 CT 三維圖像
 

     將工業 CT 技術全麵推廣應用（yòng）至其他各型航空機載傳感器，實現（xiàn）對故（gù）障件故障點及產品出廠前狀態的無（wú）損檢測，取得（dé）了理想效果。以外場返回故障件的檢測為例，據公司
質量信（xìn）息（xī）管理係統統計，在（zài）使用（yòng）工業 CT 技術後故障件故障點的準確檢測率有了顯著提高，具體見（jiàn）表 1。通過對故障件（jiàn）故障點的高準（zhǔn）確率定位，充分暴露產品的設（shè）計、工藝缺陷，
為後續產品的改進提（tí）供依據，從而不斷提高產品的可靠性。
 
                                 表 1 故障點檢測情況（kuàng）統計表
     
  
      5 、結 論
 
      本（běn）文利用工業 CT 對航空機載傳感器故障件進行了無損檢測。結果表明: 通過工業 CT 技術可以高（gāo）效、準確地確（què）定故障點，並獲得清晰、直觀（guān）的（de）傳感器內部二維、三（sān）維信息。從而為傳感（gǎn）器的改（gǎi）進設計提供依據和方（fāng）向，因而在傳感器的可靠性提升（shēng）上有重要的（de）應用價值和推廣意義。