隨著自動(dòng)測試技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代高科技戰(zhàn)場環(huán)境的日益嚴(yán)峻，原位自動(dòng)檢測成為飛機(jī)技術(shù)保障的研究熱點(diǎn)。進(jìn)氣道作為超音速飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的重要組成部分，其是否完好以及能否與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)工作，直接關(guān)系到飛行安全和戰(zhàn)斗性能的發(fā)揮。本文針對飛機(jī)的進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)利用虛擬儀器技術(shù)和ATE技術(shù)進(jìn)行了原位自動(dòng)檢測設(shè)計(jì)。
1 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1原位檢測
　原位檢測是一種在線無損檢測方法。該檢測思想最早應(yīng)用于機(jī)械探傷、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域。為便于在外場集中有效使用和提高部隊(duì)的機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)能力，美國、俄羅斯等國將各種檢測設(shè)備、儀器安裝在特制的車輛上，形成專用測試車。我國航空原位檢測技術(shù)起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代，且主要集中于小型的便攜式、移動(dòng)式檢測儀器，存在著自動(dòng)化程度不高、部分電子設(shè)備個(gè)別性能無法測試或測試不準(zhǔn)等問題[1]。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代原位檢測由原來的手動(dòng)、半自動(dòng)操作向自動(dòng)檢測發(fā)展；由小型、單個(gè)設(shè)備的單獨(dú)檢測向系統(tǒng)的綜合檢測的方向發(fā)展。本檢測系統(tǒng)針對某型飛機(jī)進(jìn)氣道電氣控制系統(tǒng)，采用虛擬儀器技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2 檢測儀功能需求分析
　進(jìn)氣道原位檢測系統(tǒng)（以后簡稱檢測儀）用來在線檢測飛機(jī)進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)的技術(shù)性能、故障診斷定檢和周期性檢查。為滿足飛機(jī)電氣系統(tǒng)維護(hù)規(guī)程技術(shù)要求和性能特點(diǎn)，檢測儀必須具備以下基本功能：(1)完成進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子傳感器、溫度傳感器、氣壓高度傳感器、綜合電子調(diào)節(jié)器等交聯(lián)設(shè)備之間的信號(hào)互聯(lián)并對檢測結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和打印；(2)能夠?qū)︼w機(jī)進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)的性能進(jìn)行模擬，并進(jìn)行原位檢測和故障診斷； (3)能夠按測試流程自動(dòng)完成測試工作，并對測試過程和結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和動(dòng)態(tài)顯示；(4)測試儀還應(yīng)該有測試功能選擇、參數(shù)在線修改、掉電保護(hù)等功能，并具有高可靠性和抗干擾能力，能適應(yīng)外場惡劣的測試環(huán)境； (5)測試儀應(yīng)具有自檢功能。
1.3 硬件設(shè)計(jì)
    檢測儀采用VXI總線、IEEE488總線和PXI總線混合總線方式；測控計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，通過VXI、IEEE488總線和PXI總線電纜把全部測試資源連成一體。測試資源分三類：VXI總線測試模塊、PXI總線測試模塊和IEEE488總線臺(tái)式儀器；測試資源的選配原則是盡可能選擇成熟貨架產(chǎn)品，配置規(guī)模則根據(jù)該飛機(jī)進(jìn)氣道電氣控制系統(tǒng)的測試需求和測試接口確定。標(biāo)準(zhǔn)化陣列式檢測接口選擇國際標(biāo)準(zhǔn)ARINC608A接口[2]，接口適配器是進(jìn)氣道與檢測儀之間的信號(hào)轉(zhuǎn)接裝置，其配置數(shù)量根據(jù)該飛機(jī)測試信號(hào)的構(gòu)成確定，硬件連接關(guān)系如圖1所示。

    根據(jù)被檢進(jìn)氣道測試信號(hào)的特點(diǎn)，按功能把測試資源分為激勵(lì)資源、響應(yīng)資源和開關(guān)系統(tǒng)三部分。選用以下模塊實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)的自動(dòng)測試。(1)C尺寸13槽VXI機(jī)箱：0槽為機(jī)箱控制器插槽，插放MXI-2總線；其余槽位安放ARINC429總線、D/A、A/D、VXI示波模塊等其他VXI功能模塊。(2)總線控制器：包括一個(gè)MXI-2板卡、VXI-AIC-00A0模塊和VXI-1553-MM，分別對三種外總線的數(shù)字信號(hào)的收發(fā)進(jìn)行控制，在主控計(jì)算機(jī)指令控制下完成指令傳送、數(shù)據(jù)傳輸。(3)示波模塊AgilentE1428A：主要用于對轉(zhuǎn)速傳感器的響應(yīng)進(jìn)行測量并向總線傳輸。(4)任意波形發(fā)生器JV53202：作為激勵(lì)信號(hào)源模擬轉(zhuǎn)速傳感器的輸出。(5) 矩陣開關(guān)AgilentE1466A：將進(jìn)氣道測試點(diǎn)信號(hào)同資源模塊適時(shí)轉(zhuǎn)接，主要用于信號(hào)轉(zhuǎn)換和設(shè)備觸發(fā)等測試任務(wù)。(6)數(shù)字多用表Agilent34401：主要用于對進(jìn)氣道測試口激勵(lì)信號(hào)響應(yīng)的測量和處理。
    用MXI-3連接PC與PXI機(jī)箱，用FireWire連接PC與VXI機(jī)箱。由于VXI機(jī)箱還可通過GPIB命令模塊控制，所以還通過PCI GPIB接口卡連接。其他儀器使用Agilent 82357A USB/GPIB轉(zhuǎn)換器經(jīng)GPIB控制。
1.4 軟件設(shè)計(jì)
    測試儀軟件以被測設(shè)備和所要完成的任務(wù)為對象采用模塊化設(shè)計(jì)方法。在測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用NI公司的LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，由主模塊程序調(diào)用各個(gè)功能模塊程序完成測試的相應(yīng)功能，各個(gè)功能模塊調(diào)用底層函數(shù)或子VI完成相應(yīng)操作，各層之間通過公共數(shù)據(jù)文件和實(shí)時(shí)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。測試軟件系統(tǒng)主控模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)的流程控制、子模塊的管理、用戶管理、幫助提示等，主模塊的流程圖如圖2所示。

    功能模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、報(bào)表模塊、錯(cuò)誤事件處理模塊等，也采用分層模塊設(shè)計(jì)思想，由主模塊調(diào)用各個(gè)子模塊，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、顯示、記錄和打印等功能，完成對進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)的在線測試。
1.5 兼容性與功能實(shí)現(xiàn)
    由于測試的需要，檢測儀使用的測試資源多為Agilent、Jovian等第三方廠商的產(chǎn)品，所以在NI LabVIEW環(huán)境下實(shí)現(xiàn)與非NI儀器的通信就成為一個(gè)實(shí)際而關(guān)鍵的問題。SCPI、VISA(Virtual Instruments Software Architecture)及IVI技術(shù)可以滿足這一需求，其中VISA實(shí)現(xiàn)了程序與硬件接口的不相關(guān)性，而IVI構(gòu)架增加了一個(gè)底層構(gòu)架用于優(yōu)化性能也為儀器增加仿真能力，實(shí)現(xiàn)了儀器的可交換性。對于不常見的硬件設(shè)備或自制的硬件設(shè)備,還可以通過動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)、TCP/IP、DataSocket、OPC、共享變量、ActiveX、DDE和.net等多種方式實(shí)現(xiàn)與LabVIEW平臺(tái)的通信。要實(shí)現(xiàn)Agilent的測試資源在LabVIEW軟件平臺(tái)的運(yùn)行首先要安裝硬件驅(qū)動(dòng)，Agilent為它的一些VXI卡提供了SCPI驅(qū)動(dòng)程序(D-SCPI)。這些代碼貯存在VXI主機(jī)0槽GPIB控制器(E1406A命令模塊)的Flash ROM中。軟件驅(qū)動(dòng)采用分層組織的VISA(虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu))，它通過viRead和viWrite等C函數(shù)調(diào)用把SCPI命令發(fā)送到儀器，以及通過viPeek和viPole等C函數(shù)調(diào)用把二進(jìn)制命令發(fā)送到寄存器，實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果的存儲(chǔ)和報(bào)表生成功能。采用Agilent E1411B VXI DMM 實(shí)現(xiàn)模擬輸入和激勵(lì)，運(yùn)行MAX(測量自動(dòng)化資源管理器)和使能Tools->NI-VISA->VISA Options->Passports中的“Passport to Tulip”接口驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)Agilent E1411B與LabVIEW軟件平臺(tái)的連接，NI MAX能找到所有NI接口上的設(shè)備，但不能直接控制Agilent接口,例如至VXI、USB/GPIB轉(zhuǎn)接器或PCI GPIB卡的FireWire接口，解決方案是在“side-by-side”模式中安裝Agilent I/O庫，然后使能如前所述NI MAX中的Passport-Tulip接口驅(qū)動(dòng)程序。這能使VISA調(diào)用這些接口，實(shí)現(xiàn)NI VISA至Agilent VISA的路由,然后控制相關(guān)Agilent接口，直到允許NI接口。
1.6 可靠性與擴(kuò)展性設(shè)計(jì)
　在設(shè)計(jì)中充分考慮了強(qiáng)電磁干擾、人員誤操作等技術(shù)和人為問題的防護(hù)，同時(shí)兼顧了以下設(shè)計(jì)：簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化、降額設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、失效安全設(shè)計(jì)、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)[3-4]。通過多種濾波方式(π 型濾波及數(shù)字濾波)、防錯(cuò)、防抱死、容錯(cuò)等措施，提高了檢測儀的抗干擾能力。
2 基于虛擬儀器的仿真驗(yàn)證
　檢測儀要模擬的輸入信號(hào)有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1及壓氣機(jī)進(jìn)口溫度T1。檢測過程為：首先給被測設(shè)備和檢測儀供電；然后啟動(dòng)軟件平臺(tái)，開始系統(tǒng)資源掃描和系統(tǒng)自檢，進(jìn)入測試準(zhǔn)備；自檢完成后選擇被測設(shè)備，并輸入溫度信號(hào)，接通液壓系統(tǒng)建立液壓壓力，向檢測口施加交流電壓激勵(lì)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)n1。測試流程如圖2所示。
　本文利用虛擬儀器對自動(dòng)檢測系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真主面板指示如圖3所示，選定壓氣機(jī)進(jìn)口溫度T1=15℃，斜板板位為80％，測試時(shí)間T=300 s，采樣頻率f=1 000 Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)換算轉(zhuǎn)速nc=100％， 即低壓轉(zhuǎn)速n1=2 980 Hz時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生故障，主通道檢查電路向備份通道發(fā)出工作信號(hào)，進(jìn)氣道控制系統(tǒng)便進(jìn)入了備份工作狀態(tài)，飛機(jī)座艙通用信號(hào)盤上顯示“左進(jìn)氣道處于備份狀態(tài)”信息，由語音系統(tǒng)發(fā)出語音告警信息，同時(shí)故障信號(hào)聯(lián)鎖，使調(diào)節(jié)板固定在出現(xiàn)故障的瞬間。同時(shí)故障信號(hào)信息通過存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)記錄到檢測儀數(shù)據(jù)庫中，供以后故障分析和查詢。

    采用NI和Agilent公司的總線儀器，基于LabVIEW軟件平臺(tái)，綜合運(yùn)用自動(dòng)測試系統(tǒng)集成技術(shù)完成的某型飛機(jī)進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)原位檢測儀設(shè)計(jì)，通過仿真驗(yàn)證，證明該檢測儀工作穩(wěn)定可靠，能夠滿足飛機(jī)進(jìn)氣道的測試要求，該設(shè)計(jì)成果不僅為該型飛機(jī)進(jìn)氣道電氣系統(tǒng)原位檢測的工程實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)，而且設(shè)計(jì)中充分考慮了檢測儀功能擴(kuò)展的要求，經(jīng)適配器的調(diào)整和測試資源的修正可以滿足其他系統(tǒng)、其他飛機(jī)的測試需求，具有廣闊的推廣使用前景。
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