艾雷斯工控機(jī)在航空飛行測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)科技快速發(fā)展，不斷創(chuàng)新的艾雷斯工控產(chǎn)品已不再僅僅局限于工業(yè)測控領(lǐng)域，更多高品質(zhì)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于機(jī)載（航空）、艦載（航海）等測控領(lǐng)域中，同時也在與某飛機(jī)工業(yè)公司關(guān)于“Y7-200A型飛機(jī)防冰系統(tǒng)適航性驗(yàn)證飛行試驗(yàn)”項(xiàng)目的合作中再次大顯身手。

　　該飛機(jī)試驗(yàn)測試參數(shù)繁多，狀態(tài)復(fù)雜，變化快，測試精度高，而且測試系統(tǒng)性能要求很高；比較傳統(tǒng)的航空測試方法是先采用磁帶記錄機(jī)將需要測試的參數(shù)按一定的格式和次序以磁跡的形式記錄下來，然后等飛行結(jié)束后，根據(jù)磁帶上的磁跡與預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)對應(yīng)關(guān)系，參數(shù)進(jìn)行物理還原，數(shù)據(jù)處理及分析。這種方法有以下幾個缺點(diǎn)：

　　一、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理徹底脫離，在測試過程中無法診斷測試結(jié)果是否合理，測試過程不直觀；

　　二、難以確定測試系統(tǒng)是否正常；

　　三、在測試參數(shù)復(fù)雜多樣的情況下在后期數(shù)據(jù)處理時參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系復(fù)雜；

　　四、由于不能實(shí)時監(jiān)測參數(shù)的物理值，難以判斷測試系統(tǒng)工作的正確性，故不能有效利用飛行時間，增加試飛成本；

　　五、設(shè)備成本昂貴，性能價(jià)格比低。

　　1．系統(tǒng)工作原理及硬件結(jié)構(gòu)組成

　　隨著工控機(jī)在測控領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛和成熟，與傳統(tǒng)的測控方式相比，工控機(jī)系統(tǒng)的功能更強(qiáng)大，性能更穩(wěn)定，在Y7-200A型飛機(jī)防冰系統(tǒng)適航性飛行試驗(yàn)中，采用艾雷斯工控產(chǎn)品開發(fā)的一套64路高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

　　該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主機(jī)部分采用艾雷斯科技Pentium級ACS-2410P工業(yè)電腦，并配套ACS-3802上架式17寸工業(yè)顯示器；

　　采集部分選用艾雷斯科技DAC-7112DG半長多功能數(shù)據(jù)采集控制卡，該卡有16路單端/8路差分A/D輸入通道，12位100KHz采樣速率，根據(jù)輸入信號大小不同每通道增益從0.5、1、2、4至8可編程設(shè)定，量程從±0.625、±1.25、±2.5、±10也可以軟件設(shè)定，轉(zhuǎn)換精度在最大增益時仍可達(dá)到0.04%FSR，卡內(nèi)具有1K字FIFO；同時板上還具有2路雙緩沖模擬量輸出通道和16路數(shù)字量輸入/輸出等功能。

　　由于在該試驗(yàn)中，一次敏感元件（傳感器）的信號很小，而且信號的大小量程差別較大，最小的只有零點(diǎn)幾毫伏，那么選擇合適的前端信號調(diào)理板為數(shù)據(jù)采集板提供滿足量程及精度要求的輸入信號也變得非常重要。在系統(tǒng)中，我們選用了4塊艾雷斯科技DAT-7112DG多功能數(shù)據(jù)采集卡，DAT-7689D多路放大及轉(zhuǎn)換端子板作為DAC-7112DG的前端信號調(diào)理端子板，對各種傳感器的信號進(jìn)行調(diào)理。該板具有16路差動輸入通道；通道增益從1、2、10、50、100、200、500到1000可開關(guān)設(shè)定；輸入量程從±10mV、±20mV、±50mV、一直到10V，精度在增益為1時可達(dá)0.02%，增益為1000時仍可達(dá)0.17%完全滿足測試系統(tǒng)要求；另外，該端子板的前端均采用螺釘連接，增加了信號連接的可靠度，減少因信號接觸不良引起的干擾，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗震動、抗沖擊能力。

　　在Y7-200A飛機(jī)防冰系統(tǒng)適航驗(yàn)證飛行試驗(yàn)中，需要測試的參數(shù)共為38個，其中，溫度參數(shù)18個，測試要求每秒鐘1次，測量精度±1攝氏度；壓力參數(shù)14個，測試要求每秒4次，測量精度±5%；電流、電壓參數(shù)各1個，測量精度±1%，同時要求每個測量周期不少于5分鐘，其中，流量測量采用的是皮托管流量測量法，該測量方法是通過測量流量管的靜壓和壓差并通過一定的流量系數(shù)換算進(jìn)行間接測量的，所以四個流量參數(shù)可轉(zhuǎn)化成四個壓力和四個壓差參數(shù)，這樣整個系統(tǒng)共有42個測量參數(shù)。其中溫度采用K型熱電偶進(jìn)行測量，信號隨溫度的變化從零點(diǎn)幾毫伏到幾毫伏不等；壓力采用精度高，響應(yīng)快的GGKY-1J系統(tǒng)絕對壓力傳感器進(jìn)行測量，壓差采用CYC19系統(tǒng)壓差傳感器進(jìn)行測量，壓力和壓差傳感器的信號最大均在50mV左右；精度優(yōu)于0.5%；電流、電壓采用WBE新型電流電壓傳感器，量程為50mV，精度為0.5%。

　　采用艾雷斯科技ACS-2410P/300W工業(yè)電腦、DAC-7112DG多功能數(shù)據(jù)采集控制卡和4塊DAT-7689D信號調(diào)理端子板構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合適當(dāng)?shù)那岸嗣舾性瑹o論系統(tǒng)的穩(wěn)定性還是數(shù)據(jù)采集的精度和速度都完全滿足試驗(yàn)測試要求。

　　2．軟件的開發(fā)

　　本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集速度快，數(shù)據(jù)存儲量大，實(shí)時性要求高，整個軟件采用C語言編寫，在Borland C++和DOS6.0環(huán)境下開發(fā)運(yùn)行，共包含傳感器校驗(yàn)及數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)實(shí)時采集記錄以及數(shù)據(jù)處理3個部分，其中數(shù)據(jù)采集部分采用了艾雷斯科技DAC-7112DG的隨卡示范程序。由于傳感器的性能、精度不一，在使用前均需進(jìn)行標(biāo)定，確定其精度及線性度，所以在傳感器校驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫軟件模塊中首先將準(zhǔn)備使用的溫度，壓力、壓差、流量等傳感器的校定數(shù)據(jù)以及傳感器的編號，對應(yīng)的精度，線性度或有關(guān)系數(shù)等值存放數(shù)據(jù)庫，以便在參為數(shù)據(jù)物理值還原時調(diào)用；在實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊中，首先確定試驗(yàn)測試狀態(tài)，給定試驗(yàn)的據(jù)文件名，選擇采集通道并設(shè)置通道增益，選擇傳感器類型及編號等，然后進(jìn)行測量，除必須將所有被測參數(shù)值記錄存盤外，還要按一定的周期將部分關(guān)鍵的參數(shù)物理值進(jìn)行顯示，以便在測試過程中進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題，及時排除，以便有效利用每個飛行架次，控制試飛成本。

　　3．測試難點(diǎn)

　　試驗(yàn)狀態(tài)復(fù)雜，整個系統(tǒng)試驗(yàn)要求在飛機(jī)地面滑行和空中飛行兩種狀態(tài)下進(jìn)行。在地面滑行時，飛行發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)有單發(fā)和雙發(fā)空中慢車、巡航以及爬升等狀態(tài)，而且還要完成180度急轉(zhuǎn)彎。在空中飛行試驗(yàn)中，分正常飛行和極限飛行兩種狀態(tài)，在正常飛行時，以300Km/h的速度分別在2Km,4Km,6Km高度巡航飛行，檢查并考核防冰系統(tǒng)的功能以及對飛機(jī)仰角姿態(tài)的影響，以上的測試環(huán)境給測試系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的抗震動、抗加速度、抗超重、失重以及具備高速運(yùn)動時能可靠運(yùn)行的要求。

　　飛行防冰系統(tǒng)的各個分系統(tǒng)本身并不是連續(xù)工作的，而是按照一定的周期循環(huán)工作的，周期最長的為三分鐘，最短的僅為一分鐘，這就要求參數(shù)的測量值的連續(xù)有效的，測試數(shù)據(jù)本身不能出現(xiàn)斷續(xù)或丟失現(xiàn)象。

　　被測參數(shù)信號小，而且量程大小參差不齊，最大的為50mV以上，最小的只有零點(diǎn)幾毫伏，這就要求測試系統(tǒng)既有較寬的量程范圍，又要能滿足測量精度。

　　4．效益及前景

　　整套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)僅耗時兩個月，投資少，見效快，開發(fā)方便，按時完成了Y7-200A防冰系統(tǒng)飛行試驗(yàn)的全部數(shù)據(jù)采集和處理工作，通過了民航適航飛行部門的檢查和認(rèn)證；同時該系統(tǒng)功能完善，性能穩(wěn)定，可靠性高，適用性好也得到了認(rèn)可和好評，取得了很好的時間效益和社會效益。

　　整套測試系統(tǒng)在機(jī)上安裝除了條例飛機(jī)機(jī)上裝要求外，并沒有經(jīng)過特殊的加工處理，體現(xiàn)艾雷斯的工控產(chǎn)品較強(qiáng)的抗沖擊、抗震動能力，同時在機(jī)上運(yùn)行過程中也沒發(fā)現(xiàn)采集系統(tǒng)對飛機(jī)或飛機(jī)對采集系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的干擾，充分顯示了艾雷斯產(chǎn)品優(yōu)良的EMC和EMI性能。