航空器增壓艙功能性測(cè)試的新創(chuàng)意
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The Challenge:
通過(guò)創(chuàng)新測(cè)試方法降低航空器密封性檢驗(yàn)設(shè)備的投資成本。通過(guò)自動(dòng)化過(guò)程控制增加測(cè)試結(jié)果的精度及數(shù)據(jù)的可靠性。
The Solution:
將電子設(shè)備用于綜合過(guò)程序列測(cè)試，由計(jì)算機(jī)控制測(cè)試裝置。測(cè)試系統(tǒng)從手工改為全自動(dòng)化方法模式。數(shù)據(jù)測(cè)試的記錄及處理通過(guò)計(jì)算機(jī)核查。
"基于用戶開(kāi)發(fā)V I 實(shí)現(xiàn)的低成本虛擬儀器系統(tǒng)具有高性價(jià)比。LabVIEW作為其中關(guān)鍵，提供了測(cè)試設(shè)備中集成的DAQ硬件及自動(dòng)化的測(cè)試計(jì)劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環(huán)境在很大程度上縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間。"
根據(jù)FAR 25.841 規(guī)范，飛行高度超過(guò)8,000 ft 的航天器必須進(jìn)行壓力艙測(cè)試。直到目前這類(lèi)測(cè)試都采用傳統(tǒng)方法。測(cè)試方法不能直接得到測(cè)試結(jié)果。參數(shù)需要手寫(xiě)，并手工計(jì)算。
為了簡(jiǎn)化測(cè)試步驟，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的精度，我們開(kāi)發(fā)了基于計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集設(shè)備（DAQ）的測(cè)試方法。LabVIEW 被用于自動(dòng)操作測(cè)試數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)處理。該軟件應(yīng)用提供了圖形化可視界面及測(cè)試結(jié)果的匯總。
系統(tǒng)概述
如上文提到，舊測(cè)試方法需要手工進(jìn)行數(shù)據(jù)收集及分析，所以效率很低，測(cè)試性能完全取決于操作員。操作員在所有測(cè)試過(guò)程中需要手工操作、記錄數(shù)據(jù)、控制及監(jiān)測(cè)測(cè)試。新測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的自動(dòng)化測(cè)試。我們改進(jìn)了測(cè)試步驟，在單個(gè)集成系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集及分析。
創(chuàng)新測(cè)試自動(dòng)化過(guò)程的目標(biāo)：
● 縮減測(cè)試設(shè)備的投資成本
● 簡(jiǎn)化測(cè)試方法
● 自動(dòng)化的測(cè)試及控制方法提高了測(cè)試的性能及精度
● 獨(dú)立控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)能力
● 降低測(cè)試參數(shù)的誤讀
● 自動(dòng)生成測(cè)試結(jié)果
● 基于Windows 的軟件控制應(yīng)用
● 界面用戶友好
硬件實(shí)現(xiàn)
自動(dòng)化泄漏測(cè)試設(shè)備的組成配置包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、電磁閥、氣源、壓力變送器及溫度變送器等。系統(tǒng)能夠精確、快速、自動(dòng)地測(cè)量航天器增壓艙的特定泄漏區(qū)域等級(jí)。計(jì)算機(jī)及DAQ 設(shè)備用于處理過(guò)程控制序列測(cè)試及采集數(shù)據(jù)。控制裝置將狀態(tài)閥控制在相應(yīng)值并從傳感器采集數(shù)據(jù)。泄露測(cè)試系統(tǒng)采用四通道DAQ設(shè)備。通道與傳感器及電磁閥相連，并包裹于電纜中。
測(cè)試過(guò)程首先壓縮艙體或被測(cè)單元，直至壓力達(dá)到特定值。艙體環(huán)境的壓力及溫度通過(guò)傳感器或變送器測(cè)量。變送器將測(cè)量值轉(zhuǎn)換成電流或電壓。
計(jì)算機(jī)處理由變送器及DAQ 設(shè)備采集的艙體壓力及溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)艙體壓力超過(guò)臨界值時(shí)，電磁閥將控制艙體壓力輸入的流量。圖1為測(cè)試系統(tǒng)的框圖示意。
圖1.泄漏測(cè)試系統(tǒng)的框圖示意
軟件實(shí)現(xiàn)
泄漏測(cè)試系統(tǒng)采用DAQ 設(shè)備，通過(guò)LabVIEW 軟件編寫(xiě)虛擬儀器（VI）實(shí)現(xiàn)完全控制。 LabVIEW 能夠控制DAQ 設(shè)備讀取模擬輸入信號(hào)（A/D 轉(zhuǎn)換），生成模擬輸出信號(hào)（D/A 轉(zhuǎn)換），并讀寫(xiě)數(shù)字信號(hào)。電壓數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)上的插入式DAQ 設(shè)備，并送到存儲(chǔ)器進(jìn)行保存、處理。
我們?cè)贚abVIEW 圖形化編程環(huán)境下完成軟件開(kāi)發(fā)，保證了軟件的高度模塊化及可擴(kuò)展性。 LabVIEW 是層次式的，任何虛擬儀器都能快速轉(zhuǎn)換為模塊，作為另一個(gè)VI 的子模塊。我們將軟件整體配置成獨(dú)立的虛擬儀器，它包括了系統(tǒng)控制器、數(shù)據(jù)采集、及數(shù)據(jù)分析和顯示。
我們將七個(gè)VI 集成到最終的主VI 中，通過(guò)主VI 的圖形化用戶界面（GUI）（如圖2 顯示），用戶能夠觀察增壓艙的泄漏測(cè)試監(jiān)測(cè)過(guò)程。在測(cè)試執(zhí)行中，計(jì)算機(jī)顯示主LabVIEW VI 界面，該界面包括若干菜單：用戶認(rèn)證、參數(shù)設(shè)置、輸出波形繪制等。測(cè)試通過(guò)時(shí)界面顯示“GO”，測(cè)試失敗則顯示“NO GO”。
圖2.圖形化用戶界面及結(jié)果顯示窗口
軟件測(cè)試的操作非常簡(jiǎn)單。首先必須安裝測(cè)試設(shè)備，作為測(cè)試的配置。然后初始化參數(shù)或變量，如壓力、溫度、艙體容量、允許泄漏區(qū)域、及測(cè)試持續(xù)時(shí)間等。完成所有配置設(shè)定后便可開(kāi)始測(cè)試。軟件功能包括系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理。軟件還能控制狀態(tài)閥、讀取傳感器數(shù)據(jù)、處理或分析采集數(shù)據(jù)。
為了能在計(jì)算機(jī)屏幕上監(jiān)測(cè)測(cè)試狀態(tài)，GUI 顯示三個(gè)圖表：比率曲線、參照曲線、測(cè)量結(jié)果曲線。艙體泄漏區(qū)域值及所有測(cè)試過(guò)程的結(jié)果同樣可觀測(cè)。操作員在測(cè)試過(guò)程中無(wú)需記錄數(shù)據(jù)。
最終測(cè)試結(jié)果報(bào)告的打印很簡(jiǎn)單，用戶可以輕松完成測(cè)試文檔。測(cè)量過(guò)程中用到的變量及測(cè)試結(jié)果都保存在磁盤(pán)上，數(shù)據(jù)以文本格式保存，可通過(guò)Excel 或文本編輯器打開(kāi)。
表1.新、舊測(cè)試系統(tǒng)間的比較
系統(tǒng)性能
我們?yōu)樽詣?dòng)化校驗(yàn)開(kāi)發(fā)的VI 能夠滿足所有需求。在達(dá)到不同功能性測(cè)試的精度要求同時(shí)，還在測(cè)試速度、成本、緊湊型等方面超越了舊測(cè)試系統(tǒng)。每個(gè)VI 完成數(shù)據(jù)的采集、度量，并與閾值進(jìn)行比較。GO或NO GO標(biāo)識(shí)控制在失敗事件時(shí)關(guān)閉電源，或在存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果后完成最終測(cè)試報(bào)告。上表中比較了舊測(cè)試系統(tǒng)及基于Vi 的新系統(tǒng)。
測(cè)試時(shí)間縮短的主要原因是能夠連續(xù)執(zhí)行控制系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集和顯示及測(cè)試報(bào)告生成等步驟。
結(jié)論
基于用戶開(kāi)發(fā)V I 實(shí)現(xiàn)的低成本虛擬儀器系統(tǒng)具有高性價(jià)比。LabVIEW作為其中關(guān)鍵，提供了測(cè)試設(shè)備中集成的DAQ硬件及自動(dòng)化的測(cè)試計(jì)劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環(huán)境在很大程度上縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間。
將本研究作為鋪墊，可在進(jìn)一步軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)易修改的系統(tǒng)，甚至可集成其它類(lèi)型測(cè)試或完成類(lèi)似系統(tǒng)測(cè)試。
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