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對于飛機(jī)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(jìn)行測試，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(shè)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(jī)電氣參數(shù)測試系統(tǒng)。
1、測試系統(tǒng)的功能簡介
飛機(jī)電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)是根據(jù)飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計和檢驗(yàn)的需要而研制的一套測試設(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(guān)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)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(shù)相結(jié)合，不僅可以測量國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB181-1986和修訂的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(shí)時記錄多個通道的波形，在飛機(jī)電氣系統(tǒng)地面實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(shí)現(xiàn)了對負(fù)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(shí)現(xiàn)了與局域網(wǎng)互聯(lián)。
2、機(jī)電氣參數(shù)測試的特點(diǎn)
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(jī)及測試點(diǎn)的不同），但其內(nèi)在檢測實(shí)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(dāng)?shù)臅r刻和位置獲取系統(tǒng)相應(yīng)信息，zui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(yīng)的評估。
3、硬件實(shí)現(xiàn)原理
該測試系統(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zui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(dāng)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(biāo)GJB181的要求進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了對電氣負(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瞬態(tài)轉(zhuǎn)換特性及按照國軍標(biāo)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(yàn)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(shí)時數(shù)據(jù)采集和快速分析能力，該系統(tǒng)選用了一臺工控機(jī)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(jī)電氣系統(tǒng)的各種電壓和電流信號。其中，電壓信號直接進(jìn)入調(diào)理箱，經(jīng)過精密電阻分壓后進(jìn)入測試系統(tǒng)；電流信號先經(jīng)過LEM傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺儆删茈娮枞雍筮M(jìn)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(shè)計了相應(yīng)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(shè)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(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)用軟件開發(fā)平臺選擇了在測控界享有盛譽(yù)的圖形化開發(fā)軟件——LabVIEW7，利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個測量分析軟件。LabVIEW7是的圖形化開發(fā)環(huán)境，它集簡單易用的圖形化開發(fā)方式、靈活強(qiáng)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(shè)計即可實(shí)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(jìn)行基于LabVIEW的測控軟件設(shè)計時，不必花費(fèi)大量時間去開發(fā)相應(yīng)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(biāo)GJB181-1986規(guī)定的參數(shù)測試和國軍標(biāo)GJB181A規(guī)定的參數(shù)測試。*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(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(shí)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(jī)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(diǎn)而專門研制的，主要用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)生產(chǎn)和維修時的檢驗(yàn)和測試，其交、直流穩(wěn)態(tài)電壓和相移的測量精度達(dá)到了0.2%，瞬態(tài)測試精度也達(dá)到了0.5%，頻率精度為0.02%，*國軍標(biāo)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(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)電源自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用.測控技術(shù)，2002，（9）.
[3] 楊樂平，李海濤等. LabVIEW程序設(shè)計. 清華大學(xué)出版社. 2003.4
作者簡介：張曉斌（1963－），男，山東淄博人，副教授，
負(fù)責(zé)修訂了國家軍用標(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)橛嬎銠C(jī)測控。
1、測試系統(tǒng)的功能簡介
飛機(jī)電氣參數(shù)綜合測試系統(tǒng)是根據(jù)飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計和檢驗(yàn)的需要而研制的一套測試設(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(guān)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)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(shù)相結(jié)合，不僅可以測量國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB181-1986和修訂的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(shí)時記錄多個通道的波形，在飛機(jī)電氣系統(tǒng)地面實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(shí)現(xiàn)了對負(fù)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(shí)現(xiàn)了與局域網(wǎng)互聯(lián)。
2、機(jī)電氣參數(shù)測試的特點(diǎn)
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(jī)及測試點(diǎn)的不同），但其內(nèi)在檢測實(shí)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(dāng)?shù)臅r刻和位置獲取系統(tǒng)相應(yīng)信息，zui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(yīng)的評估。
3、硬件實(shí)現(xiàn)原理
該測試系統(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zui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(dāng)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(biāo)GJB181的要求進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)了對電氣負(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瞬態(tài)轉(zhuǎn)換特性及按照國軍標(biāo)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(yàn)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(shí)時數(shù)據(jù)采集和快速分析能力，該系統(tǒng)選用了一臺工控機(jī)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(jī)電氣系統(tǒng)的各種電壓和電流信號。其中，電壓信號直接進(jìn)入調(diào)理箱，經(jīng)過精密電阻分壓后進(jìn)入測試系統(tǒng)；電流信號先經(jīng)過LEM傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺儆删茈娮枞雍筮M(jìn)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(shè)計了相應(yīng)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(shè)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(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)用軟件開發(fā)平臺選擇了在測控界享有盛譽(yù)的圖形化開發(fā)軟件——LabVIEW7，利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個測量分析軟件。LabVIEW7是的圖形化開發(fā)環(huán)境，它集簡單易用的圖形化開發(fā)方式、靈活強(qiáng)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(shè)計即可實(shí)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(jìn)行基于LabVIEW的測控軟件設(shè)計時，不必花費(fèi)大量時間去開發(fā)相應(yīng)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(biāo)GJB181-1986規(guī)定的參數(shù)測試和國軍標(biāo)GJB181A規(guī)定的參數(shù)測試。*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(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(shí)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(jī)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(diǎn)而專門研制的，主要用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)生產(chǎn)和維修時的檢驗(yàn)和測試，其交、直流穩(wěn)態(tài)電壓和相移的測量精度達(dá)到了0.2%，瞬態(tài)測試精度也達(dá)到了0.5%，頻率精度為0.02%，*國軍標(biāo)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(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)電源自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用.測控技術(shù)，2002，（9）.
[3] 楊樂平，李海濤等. LabVIEW程序設(shè)計. 清華大學(xué)出版社. 2003.4
作者簡介：張曉斌（1963－），男，山東淄博人，副教授，
負(fù)責(zé)修訂了國家軍用標(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)橛嬎銠C(jī)測控。
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2025中國鄭州衡器與計量技術(shù)設(shè)備展覽會
展會城市：鄭州市展會時間：2025-11-07