艾雷斯工控機在航空飛行測試系統中的應用

　　隨著工業計算機科技快速發展，不斷創新的艾雷斯工控產品已不再僅僅局限于工業測控領域，更多高品質的產品已廣泛應用于機載（航空）、艦載（航海）等測控領域中，同時也在與某飛機工業公司關于“Y7-200A型飛機防冰系統適航性驗證飛行試驗”項目的合作中再次大顯身手。

　　該飛機試驗測試參數繁多，狀態復雜，變化快，測試精度高，而且測試系統性能要求很高；比較傳統的航空測試方法是先采用磁帶記錄機將需要測試的參數按一定的格式和次序以磁跡的形式記錄下來，然后等飛行結束后，根據磁帶上的磁跡與預先設定好的參數對應關系，參數進行物理還原，數據處理及分析。這種方法有以下幾個缺點：

　　一、數據采集與數據處理徹底脫離，在測試過程中無法診斷測試結果是否合理，測試過程不直觀；

　　二、難以確定測試系統是否正常；

　　三、在測試參數復雜多樣的情況下在后期數據處理時參數的對應關系復雜；

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

　　五、設備成本昂貴，性能價格比低。

　　1．系統工作原理及硬件結構組成

　　隨著工控機在測控領域的應用日趨廣泛和成熟，與傳統的測控方式相比，工控機系統的功能更強大，性能更穩定，在Y7-200A型飛機防冰系統適航性飛行試驗中，采用艾雷斯工控產品開發的一套64路高速數據采集與處理系統，其結構框圖如圖1所示：

　　該數據采集系統主機部分采用艾雷斯科技Pentium級ACS-2410P工業電腦，并配套ACS-3802上架式17寸工業顯示器；

　　采集部分選用艾雷斯科技DAC-7112DG半長多功能數據采集控制卡，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可編程設定，量程從±0.625、±1.25、±2.5、±10也可以軟件設定，轉換精度在最大增益時仍可達到0.04%FSR，卡內具有1K字FIFO；同時板上還具有2路雙緩沖模擬量輸出通道和16路數字量輸入/輸出等功能。

　　由于在該試驗中，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，最小的只有零點幾毫伏，那么選擇合適的前端信號調理板為數據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。在系統中，我們選用了4塊艾雷斯科技DAT-7112DG多功能數據采集卡，DAT-7689D多路放大及轉換端子板作為DAC-7112DG的前端信號調理端子板，對各種傳感器的信號進行調理。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可開關設定；輸入量程從±10mV、±20mV、±50mV、一直到10V，精度在增益為1時可達0.02%，增益為1000時仍可達0.17%完全滿足測試系統要求；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，增強了系統的抗震動、抗沖擊能力。

　　在Y7-200A飛機防冰系統適航驗證飛行試驗中，需要測試的參數共為38個，其中，溫度參數18個，測試要求每秒鐘1次，測量精度±1攝氏度；壓力參數14個，測試要求每秒4次，測量精度±5%；電流、電壓參數各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換算進行間接測量的，所以四個流量參數可轉化成四個壓力和四個壓差參數，這樣整個系統共有42個測量參數。其中溫度采用K型熱電偶進行測量，信號隨溫度的變化從零點幾毫伏到幾毫伏不等；壓力采用精度高，響應快的GGKY-1J系統絕對壓力傳感器進行測量，壓差采用CYC19系統壓差傳感器進行測量，壓力和壓差傳感器的信號最大均在50mV左右；精度優于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工業電腦、DAC-7112DG多功能數據采集控制卡和4塊DAT-7689D信號調理端子板構成的高速數據采集系統配合適當的前端敏感元件，無論系統的穩定性還是數據采集的精度和速度都完全滿足試驗測試要求。

　　2．軟件的開發

　　本數據采集系統采集速度快，數據存儲量大，實時性要求高，整個軟件采用C語言編寫，在Borland C++和DOS6.0環境下開發運行，共包含傳感器校驗及數據庫、數據實時采集記錄以及數據處理3個部分，其中數據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，在使用前均需進行標定，確定其精度及線性度，所以在傳感器校驗和數據庫軟件模塊中首先將準備使用的溫度，壓力、壓差、流量等傳感器的校定數據以及傳感器的編號，對應的精度，線性度或有關系數等值存放數據庫，以便在參為數據物理值還原時調用；在實時數據采集模塊中，首先確定試驗測試狀態，給定試驗的據文件名，選擇采集通道并設置通道增益，選擇傳感器類型及編號等，然后進行測量，除必須將所有被測參數值記錄存盤外，還要按一定的周期將部分關鍵的參數物理值進行顯示，以便在測試過程中進行實時監測，發現問題，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

　　試驗狀態復雜，整個系統試驗要求在飛機地面滑行和空中飛行兩種狀態下進行。在地面滑行時，飛行發動機工作狀態有單發和雙發空中慢車、巡航以及爬升等狀態，而且還要完成180度急轉彎。在空中飛行試驗中，分正常飛行和極限飛行兩種狀態，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的功能以及對飛機仰角姿態的影響，以上的測試環境給測試系統提出了嚴格的抗震動、抗加速度、抗超重、失重以及具備高速運動時能可靠運行的要求。

　　飛行防冰系統的各個分系統本身并不是連續工作的，而是按照一定的周期循環工作的，周期最長的為三分鐘，最短的僅為一分鐘，這就要求參數的測量值的連續有效的，測試數據本身不能出現斷續或丟失現象。

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

　　4．效益及前景

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

　　整套測試系統在機上安裝除了條例飛機機上裝要求外，并沒有經過特殊的加工處理，體現艾雷斯的工控產品較強的抗沖擊、抗震動能力，同時在機上運行過程中也沒發現采集系統對飛機或飛機對采集系統產生明顯的干擾，充分顯示了艾雷斯產品優良的EMC和EMI性能。