基于凌華DAQ-2204多功能采集卡的飛機(jī)電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)

對(duì)于飛機(jī)電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在其生產(chǎn)檢修過(guò)程中都需要對(duì)其電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，然而，由于飛機(jī)電氣參數(shù)的多樣性，致使在進(jìn)行某一電氣系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)需要使用各種不同的測(cè)量?jī)x器及儀表，這就增加了測(cè)試設(shè)備的投資和測(cè)試工作的繁瑣性。因此，有必要采用一套多功能的飛機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。 1、測(cè)試系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介 飛機(jī)電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)是根據(jù)飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的需要而研制的一套專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備，主要用于飛機(jī)供電系統(tǒng)、靜止變流器、變壓整流器及變壓器等電氣系統(tǒng)和產(chǎn)品地面試驗(yàn)時(shí)的電氣特性參數(shù)測(cè)試，以評(píng)估被測(cè)對(duì)象的電氣特性是否滿(mǎn)足相關(guān)的國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 該測(cè)試系統(tǒng)主要基于凌華公司的DAQ-2204多功能采集卡，并與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，不僅可以測(cè)量國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB181-1986和最新修訂的GJB181A中規(guī)定的一些需要采用特殊數(shù)據(jù)采集和分析方法才能測(cè)量的參數(shù)，還可實(shí)時(shí)記錄多個(gè)通道的波形，在飛機(jī)電氣系統(tǒng)地面實(shí)驗(yàn)時(shí)可替代示波器、萬(wàn)用表和頻譜分析儀等儀器的功能；本測(cè)試系統(tǒng)還能回放已記錄的歷史數(shù)據(jù)，能夠按照國(guó)軍標(biāo)的要求自動(dòng)生成并打印測(cè)試報(bào)表和測(cè)試結(jié)果曲線對(duì)比圖。此外，利用采集卡上的數(shù)字I/O實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的加卸控制和參數(shù)的同步測(cè)試。 為便于和其它分析系統(tǒng)共享測(cè)試數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了與局域網(wǎng)互聯(lián)。 2、機(jī)電氣參數(shù)測(cè)試的特點(diǎn) 對(duì)于現(xiàn)有的軍用和民用航空電氣系統(tǒng)，其核心部件的測(cè)試雖然有所不同（主要是激勵(lì)源、激勵(lì)位置和時(shí)機(jī)及測(cè)試點(diǎn)的不同），但其內(nèi)在檢測(cè)實(shí)質(zhì)卻是一致的：在一定時(shí)刻及一定位置對(duì)被測(cè)系統(tǒng)加一激勵(lì)，然后從適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻和位置獲取系統(tǒng)相應(yīng)信息，最后通過(guò)分析軟件計(jì)算出電氣系統(tǒng)的各種性能參數(shù)值，從而對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的性能作出相應(yīng)的評(píng)估。 3、硬件實(shí)現(xiàn)原理 該測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分主要由工控機(jī)、PCI數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路、傳感器以及打印機(jī)等組成，如圖1所示。 圖1、電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 3.1 數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī) PCI數(shù)據(jù)采集卡是測(cè)試系統(tǒng)的核心部分，該系統(tǒng)選用了凌華公司的多功能數(shù)據(jù)采集卡DAQ-2204，它具備64路單端或32路差分模擬輸入通道，其單通道最高采樣頻率為3MS/s，12位分辨率；DAQ-2204通過(guò)掃描方式獲取各個(gè)通道的采樣數(shù)據(jù)，當(dāng)掃描12路差分通道的信號(hào)時(shí)可以保證每個(gè)通道的采樣頻率在100kS/s以上，從而保證了按照國(guó)軍標(biāo)GJB181的要求進(jìn)行穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè)試；選擇DAQ-2204作為采集卡的另一個(gè)原因是它配備了同步數(shù)字量輸入口（SDI），DAQ-2204采樣數(shù)據(jù)的低4位就是SDI輸入位，通過(guò)SDI獲取調(diào)理板的觸發(fā)和定時(shí)信號(hào)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)參數(shù)測(cè)試和穩(wěn)態(tài)浪涌電壓分析；此外，利用DAQ-2204的24路通用數(shù)字I/O實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣負(fù)載的軟件加載和卸除，從而增加了系統(tǒng)的控制功能。所有這些性能均保證了對(duì)瞬態(tài)轉(zhuǎn)換特性及按照國(guó)軍標(biāo)GJB-181要求的各種穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的測(cè)試。 鑒于電氣系統(tǒng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)有較大的電磁干擾，同時(shí)為保證系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和快速分析能力，該系統(tǒng)選用了一臺(tái)高檔工控機(jī)作為主控制器。 3.2 傳感器與信號(hào)調(diào)理 該測(cè)試系統(tǒng)的被測(cè)信號(hào)包括飛機(jī)電氣系統(tǒng)的各種電壓和電流信號(hào)。其中，電壓信號(hào)直接進(jìn)入調(diào)理箱，經(jīng)過(guò)精密電阻分壓后進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)；電流信號(hào)先經(jīng)過(guò)LEM傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再由精密電阻取樣后進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)。由于對(duì)包括交、直流電壓畸變和交流電壓的直流分量在內(nèi)的三種參數(shù)的測(cè)試有特殊要求，在該測(cè)試系統(tǒng)中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的調(diào)理電路，以改善系統(tǒng)的帶寬和動(dòng)態(tài)性能，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的綜合測(cè)試能力。 4 軟件設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)作為一套電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)分析軟件的要求比較嚴(yán)格，不僅要求軟件運(yùn)行穩(wěn)健，還必須做到功能完善、執(zhí)行效率高及數(shù)據(jù)管理方便。因此，該系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇了在測(cè)控界享有盛譽(yù)的圖形化開(kāi)發(fā)軟件——LabVIEW7，利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量分析軟件。LabVIEW7是高效的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，它集簡(jiǎn)單易用的圖形化開(kāi)發(fā)方式、靈活強(qiáng)大的編程語(yǔ)言和豐富的數(shù)據(jù)分析模塊于一身，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期和提高軟件質(zhì)量。 用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)DAQ-2204時(shí)，凌華公司隨板卡提供了針對(duì)LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)軟件包——D2K-LVIEW，它保證了用戶(hù)在不需要開(kāi)發(fā)板卡底層驅(qū)動(dòng)的情況下通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)功能完善的測(cè)試系統(tǒng)軟件模塊。有了D2K-LVIEW的支持，在進(jìn)行基于LabVIEW的測(cè)控軟件設(shè)計(jì)時(shí)，不必花費(fèi)大量時(shí)間去開(kāi)發(fā)相應(yīng)的板卡驅(qū)動(dòng)，用戶(hù)在使用凌華公司的產(chǎn)品時(shí)像使用NI公司的產(chǎn)品一樣方便。 測(cè)試分析軟件根據(jù)測(cè)試內(nèi)容的不同，分為兩部分：國(guó)軍標(biāo)GJB181-1986規(guī)定的參數(shù)測(cè)試和國(guó)軍標(biāo)GJB181A規(guī)定的參數(shù)測(cè)試。第一部分根據(jù)測(cè)試內(nèi)容的不同分為幾個(gè)子模塊，包括：測(cè)試通道參數(shù)設(shè)置模塊、三相交流穩(wěn)態(tài)電壓分析模塊、交流電壓調(diào)制分析模塊、交流穩(wěn)態(tài)浪涌電壓分析模塊、頻率分析模塊、直流穩(wěn)態(tài)電壓分析模塊、功率及功率因數(shù)測(cè)量模塊和勵(lì)磁參數(shù)測(cè)試模塊；在GJB181A部分包括交流畸變測(cè)試模塊和直流畸變測(cè)試模塊等。每個(gè)測(cè)試模塊由主控制模塊統(tǒng)一調(diào)度，并且都實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、回放和測(cè)試報(bào)表生成打印等功能。 圖2和圖3分別是電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖和三相交流穩(wěn)態(tài)電壓分析界面。 圖2、電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖 圖3、三相交流穩(wěn)態(tài)電壓分析界面 5、結(jié)束語(yǔ) 該飛機(jī)電氣參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)是根據(jù)航空電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)而專(zhuān)門(mén)研制的，主要用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)生產(chǎn)和維修時(shí)的檢驗(yàn)和測(cè)試，其交、直流穩(wěn)態(tài)電壓和相移的測(cè)量精度達(dá)到了0.2%，瞬態(tài)測(cè)試精度也達(dá)到了0.5%，頻率精度為0.02%，完全滿(mǎn)足國(guó)軍標(biāo)GJB181-1986和GJB181A的測(cè)試要求，已被多個(gè)航空電氣系統(tǒng)的生長(zhǎng)廠和科研院所采用，效果令人滿(mǎn)意。 參考文獻(xiàn)： [1] DAQ-2204/2205/2206 User’s Guide. ADLINK Technology Inc，2002，（1）. [2] 呂永健，王瑾，謝文俊. 智能接口在飛機(jī)電源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用.測(cè)控技術(shù)，2002，（9）. [3] 楊樂(lè)平，李海濤等. LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì). 清華大學(xué)出版社. 2003.4 作者簡(jiǎn)介：張曉斌（1963－），男，山東淄博人，副教授， 負(fù)責(zé)修訂了國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB181A，研究方向?yàn)轱w機(jī)電氣系統(tǒng)；姚慶華（1979－），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測(cè)控。