基于凌華DAQ-2204的飛機電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)
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對于飛機電氣系統(tǒng)來說，在其生產(chǎn)檢修過程中都需要對其電氣參數(shù)進行測試，然而，由于飛機電氣參數(shù)的多樣性，致使在進行某一電氣系統(tǒng)的測試時需要使用各種不同的測量儀器及儀表，這就增加了測試設備的投資和測試工作的繁瑣性。因此，有必要采用一套多功能的飛機電氣參數(shù)測試系統(tǒng)。
1、測試系統(tǒng)的功能簡介
飛機電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)是根據(jù)飛機電氣系統(tǒng)設計和檢驗的需要而研制的一套專用測試設備，主要用于飛機供電系統(tǒng)、靜止變流器、變壓整流器及變壓器等電氣系統(tǒng)和產(chǎn)品地面試驗時的電氣特性參數(shù)測試，以評估被測對象的電氣特性是否滿足相關的國家軍用標準和設計規(guī)范的要求。
該測試系統(tǒng)主要基于凌華公司的DAQ-2204多功能采集卡，并與虛擬儀器技術相結(jié)合，不僅可以測量國家軍用標準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量的參數(shù)，還可實時記錄多個通道的波形，在飛機電氣系統(tǒng)地面實驗時可替代示波器、萬用表和頻譜分析儀等儀器的功能；本測試系統(tǒng)還能回放已記錄的歷史數(shù)據(jù)，能夠按照國軍標的要求自動生成并打印測試報表和測試結(jié)果曲線對比圖。此外，利用采集卡上的數(shù)字I/O實現(xiàn)了對負載的加卸控制和參數(shù)的同步測試。
為便于和其它分析系統(tǒng)共享測試數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了與局域網(wǎng)互聯(lián)。
2、飛機電氣參數(shù)測試的特點
對于現(xiàn)有的軍用和民用航空電氣系統(tǒng)，其核心部件的測試雖然有所不同（主要是激勵源、激勵位置和時機及測試點的不同），但其內(nèi)在檢測實質(zhì)卻是一致的：在一定時刻及一定位置對被測系統(tǒng)加一激勵，然后從適當?shù)臅r刻和位置獲取系統(tǒng)相應信息，最后通過分析軟件計算出電氣系統(tǒng)的各種性能參數(shù)值，從而對被測系統(tǒng)的性能作出相應的評估。
3 硬件實現(xiàn)原理
該測試系統(tǒng)的硬件部分主要由工控機、PCI數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路、傳感器以及打印機等組成，如圖1所示。
圖1、電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3.1 數(shù)據(jù)采集卡及工控機
PCI數(shù)據(jù)采集卡是測試系統(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通過掃描方式獲取各個通道的采樣數(shù)據(jù)，當掃描12路差分通道的信號時可以保證每個通道的采樣頻率在100kS/s以上，從而保證了按照國軍標GJB181的要求進行穩(wěn)態(tài)參數(shù)測試；選擇DAQ-2204作為采集卡的另一個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SDI獲取調(diào)理板的觸發(fā)和定時信號，可以很方便地實現(xiàn)瞬態(tài)參數(shù)測試和穩(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實現(xiàn)了對電氣負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瞬態(tài)轉(zhuǎn)換特性及按照國軍標GJB-181要求的各種穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的測試。
鑒于電氣系統(tǒng)試驗現(xiàn)場有較大的電磁干擾，同時為保證系統(tǒng)具有良好的實時數(shù)據(jù)采集和快速分析能力，該系統(tǒng)選用了一臺高檔工控機作為主控制器。
3.2 傳感器與信號調(diào)理
該測試系統(tǒng)的被測信號包括飛機電氣系統(tǒng)的各種電壓和電流信號。其中，電壓信號直接進入調(diào)理箱，經(jīng)過精密電阻分壓后進入測試系統(tǒng)；電流信號先經(jīng)過LEM傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，再由精密電阻取樣后進入測試系統(tǒng)。由于對包括交、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)的測試有特殊要求，在該測試系統(tǒng)中專門設計了相應的調(diào)理電路，以改善系統(tǒng)的帶寬和動態(tài)性能，從而提高了整個系統(tǒng)的綜合測試能力。
4 軟件設計方案
該系統(tǒng)作為一套電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)，對分析軟件的要求比較嚴格，不僅要求軟件運行穩(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)的應用軟件開發(fā)平臺選擇了在測控界享有盛譽的圖形化開發(fā)軟件——LabVIEW7，利用虛擬儀器技術實現(xiàn)整個測量分析軟件。LabVIEW7是高效的圖形化開發(fā)環(huán)境，它集簡單易用的圖形化開發(fā)方式、靈活強大的編程語言和豐富的數(shù)據(jù)分析模塊于一身，可以大大縮短開發(fā)周期和提高軟件質(zhì)量。
用戶在購買DAQ-2204時，凌華公司隨板卡提供了針對LabVIEW開發(fā)平臺的驅(qū)動軟件包——D2K-LVIEW，它保證了用戶在不需要開發(fā)板卡底層驅(qū)動的情況下通過簡單的設計即可實現(xiàn)功能完善的測試系統(tǒng)軟件模塊。有了D2K-LVIEW的支持，在進行基于LabVIEW的測控軟件設計時，不必花費大量時間去開發(fā)相應的板卡驅(qū)動，用戶在使用凌華公司的產(chǎn)品時像使用NI公司的產(chǎn)品一樣方便。
測試分析軟件根據(jù)測試內(nèi)容的不同，分為兩部分：國軍標GJB181-1986規(guī)定的參數(shù)測試和國軍標GJB181A規(guī)定的參數(shù)測試。第一部分根據(jù)測試內(nèi)容的不同分為幾個子模塊，包括：測試通道參數(shù)設置模塊、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)測量模塊和勵磁參數(shù)測試模塊；在GJB181A部分包括交流畸變測試模塊和直流畸變測試模塊等。每個測試模塊由主控制模塊統(tǒng)一調(diào)度，并且都實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)存儲、回放和測試報表生成打印等功能。
圖2和圖3分別是電氣參數(shù)綜合測試系統(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
該飛機電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)是根據(jù)航空電氣系統(tǒng)的特點而專門研制的，主要用于飛機電氣系統(tǒng)生產(chǎn)和維修時的檢驗和測試，其交、直流穩(wěn)態(tài)電壓和相移的測量精度達到了0.2%，瞬態(tài)測試精度也達到了0.5%，頻率精度為0.02%，完全滿足國軍標GJB181-1986和GJB181A的測試要求，已被多個航空電氣系統(tǒng)的生長廠和科研院所采用，效果令人滿意。
參考文獻：
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