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    基于凌华DAQ-2204多功能采集卡的飞机电气参数综合测试系统

    2006-02-14

          对于飞机电气系统来说,在其生产检修过程中都需要对其电气参数进行测试,然而,由于飞机电气参数的多样性,致使在进行某一电气系统的测试时需要使用各种不同的测量仪器仪表,这就增加了测试设备的投资和测试工作的繁琐性。因此,有必要采用一套多功能的飞机电气参数测试系统。
      1、测试系统的功能简介
      飞机电气参数综合测试系统是根据飞机电气系统设计和检验的需要而研制的一套专用测试设备,主要用于飞机供电系统、静止变流器、变压整流器及变压器等电气系统和产品地面试验时的电气特性参数测试,以评估被测对象的电气特性是否满足相关的国家军用标准和设计规范的要求。
      该测试系统主要基于凌华公司的DAQ-2204多功能采集卡,并与虚拟仪器技术相结合,不仅可以测量国家军用标准GJB181-1986和最新修订的GJB181A中规定的一些需要采用特殊数据采集和分析方法才能测量的参数,还可实时记录多个通道的波形,在飞机电气系统地面实验时可替代示波器、万用表和频谱分析仪等仪器的功能;本测试系统还能回放已记录的历史数据,能够按照国军标的要求自动生成并打印测试报表和测试结果曲线对比图。此外,利用采集卡上的数字I/O实现了对负载的加卸控制和参数的同步测试。
      为便于和其它分析系统共享测试数据,该系统还实现了与局域网互联。
      2、机电气参数测试的特点
      对于现有的军用和民用航空电气系统,其核心部件的测试虽然有所不同(主要是激励源、激励位置和时机及测试点的不同),但其内在检测实质却是一致的:在一定时刻及一定位置对被测系统加一激励,然后从适当的时刻和位置获取系统相应信息,最后通过分析软件计算出电气系统的各种性能参数值,从而对被测系统的性能作出相应的评估。
      3、硬件实现原理
      该测试系统的硬件部分主要由工控机、PCI数据采集卡、信号调理电路、传感器以及打印机等组成,如图1所示。
      


      
       图1、电气参数综合测试系统结构示意图
      3.1 数据采集卡及工控机
      PCI数据采集卡是测试系统的核心部分,该系统选用了凌华公司的多功能数据采集卡DAQ-2204,它具备64路单端或32路差分模拟输入通道,其单通道最高采样频率为3MS/s,12位分辨率;DAQ-2204通过扫描方式获取各个通道的采样数据,当扫描12路差分通道的信号时可以保证每个通道的采样频率在100kS/s以上,从而保证了按照国军标GJB181的要求进行稳态参数测试;选择DAQ-2204作为采集卡的另一个原因是它配备了同步数字量输入口(SDI),DAQ-2204采样数据的低4位就是SDI输入位,通过SDI获取调理板的触发和定时信号,可以很方便地实现瞬态参数测试和稳态浪涌电压分析;此外,利用DAQ-2204的24路通用数字I/O实现了对电气负载的软件加载和卸除,从而增加了系统的控制功能。所有这些性能均保证了对瞬态转换特性及按照国军标GJB-181要求的各种稳态和瞬态的测试。
      鉴于电气系统试验现场有较大的电磁干扰,同时为保证系统具有良好的实时数据采集和快速分析能力,该系统选用了一台高档工控机作为主控制器。
      3.2 传感器与信号调理
      该测试系统的被测信号包括飞机电气系统的各种电压和电流信号。其中,电压信号直接进入调理箱,经过精密电阻分压后进入测试系统;电流信号先经过LEM传感器转变为电压信号,再由精密电阻取样后进入测试系统。由于对包括交、直流电压畸变和交流电压的直流分量在内的三种参数的测试有特殊要求,在该测试系统中专门设计了相应的调理电路,以改善系统的带宽和动态性能,从而提高了整个系统的综合测试能力。
      4 软件设计方案
      该系统作为一套电气参数综合测试系统,对分析软件的要求比较严格,不仅要求软件运行稳健,还必须做到功能完善、执行效率高及数据管理方便。因此,该系统的应用软件开发平台选择了在测控界享有盛誉的图形化开发软件——LabVIEW7,利用虚拟仪器技术实现整个测量分析软件。LabVIEW7是高效的图形化开发环境,它集简单易用的图形化开发方式、灵活强大的编程语言和丰富的数据分析模块于一身,可以大大缩短开发周期和提高软件质量。
      用户在购买DAQ-2204时,凌华公司随板卡提供了针对LabVIEW开发平台的驱动软件包——D2K-LVIEW,它保证了用户在不需要开发板卡底层驱动的情况下通过简单的设计即可实现功能完善的测试系统软件模块。有了D2K-LVIEW的支持,在进行基于LabVIEW的测控软件设计时,不必花费大量时间去开发相应的板卡驱动,用户在使用凌华公司的产品时像使用NI公司的产品一样方便。
      测试分析软件根据测试内容的不同,分为两部分:国军标GJB181-1986规定的参数测试和国军标GJB181A规定的参数测试。第一部分根据测试内容的不同分为几个子模块,包括:测试通道参数设置模块、三相交流稳态电压分析模块、交流电压调制分析模块、交流稳态浪涌电压分析模块、频率分析模块、直流稳态电压分析模块、功率及功率因数测量模块和励磁参数测试模块;在GJB181A部分包括交流畸变测试模块和直流畸变测试模块等。每个测试模块由主控制模块统一调度,并且都实现了测试数据存储、回放和测试报表生成打印等功能。
      图2和图3分别是电气参数综合测试系统的软件结构图和三相交流稳态电压分析界面。
      
      

      
       图2、电气参数综合测试系统的软件结构图
      

      
       图3、三相交流稳态电压分析界面
      5、结束语
      该飞机电气参数综合测试系统是根据航空电气系统的特点而专门研制的,主要用于飞机电气系统生产和维修时的检验和测试,其交、直流稳态电压和相移的测量精度达到了0.2%,瞬态测试精度也达到了0.5%,频率精度为0.02%,完全满足国军标GJB181-1986和GJB181A的测试要求,已被多个航空电气系统的生长厂和科研院所采用,效果令人满意。


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