飛機(jī)試驗(yàn)中測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展與革新

摘 要：伴隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)飛機(jī)試驗(yàn)中測(cè)試系統(tǒng)給的發(fā)展與革新具有重要的意義和價(jià)值。作者是建立在DAQ系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)用方式和原理深刻分析飛機(jī)試驗(yàn)中檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)飛機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的革新和未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員工人提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)試驗(yàn)；測(cè)試系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)狀；技術(shù)革新；發(fā)展趨勢(shì)

引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、傳感和微電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，為我國(guó)航空航天領(lǐng)域的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)，隨之也出現(xiàn)了智能儀器儀表等等。這些技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大方便了計(jì)算機(jī)硬件優(yōu)勢(shì)，為飛機(jī)測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)的成熟奠定科技基礎(chǔ)，真正將測(cè)試系統(tǒng)帶入一個(gè)高科技、高水平的層次，提升了測(cè)試系統(tǒng)的工作性能。總之，航空航天技術(shù)測(cè)試過(guò)程中，真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，二者都為飛機(jī)試驗(yàn)中的測(cè)試工作的開(kāi)展形成良好的技術(shù)支持，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)就是二者的一體化技術(shù)。

1 建立在DAQ體系之上的測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件形成體系，不同種類(lèi)的測(cè)試信號(hào)分布在不同位置的傳感器，這些傳感器能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，儼然成為檢測(cè)系統(tǒng)必須設(shè)置的不可缺少的環(huán)節(jié)。那么，傳感器的電信號(hào)是怎么傳出的呢？傳感器的電信號(hào)只有經(jīng)過(guò)調(diào)解或方法處理過(guò)后，形成0～5V壓力幅值范圍之內(nèi)的直流電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)A/D的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)后其輸送至單片機(jī)完成相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。處理之后，單片機(jī)加工處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)電路輸送至系統(tǒng)主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)會(huì)完成后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、測(cè)量等等工作?；ヂ?lián)網(wǎng)深刻影響著人們的生活，在它的影響下，不僅能夠傳送數(shù)據(jù)還可以利用網(wǎng)絡(luò)完成計(jì)算機(jī)之間的信息交換。傳感器信號(hào)的輸出形式有直流式，這種傳送方式則不用設(shè)置整流濾波、交流放大等功能環(huán)節(jié)。

目前，能夠稱(chēng)得上形成系統(tǒng)的現(xiàn)代測(cè)試體系必須具備以下幾個(gè)方面：主機(jī)、分機(jī)和需要應(yīng)用的軟件等等。其各自又是如何工作的呢？分機(jī)會(huì)遵循系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出的操作指令，完成傳感器測(cè)量信號(hào)的采集工作、初步處理數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的傳送。主機(jī)則是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)調(diào)度，主機(jī)輸出數(shù)據(jù)則需要分機(jī)操作的測(cè)量、檢測(cè)和控制指令，這種工作方式能夠方便日后測(cè)試結(jié)果的顯示、打印和數(shù)據(jù)輸出。

2 建立在現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和發(fā)展，為我國(guó)建立在現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展奠定重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。建立在現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)具備三大基本功能：前向通道、后向通道以及網(wǎng)絡(luò)通信。每一種功能又具備其他多種子功能，為該技術(shù)的進(jìn)步和完善提供技術(shù)支持。

前向通道主要包括傳感器、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微處理器幾個(gè)部分構(gòu)成，能夠進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、交換以及分析功能。

后向通道的功能與前向通道相比存在諸多差異，它是以數(shù)-模-數(shù)轉(zhuǎn)換不見(jiàn)為主要方式，功能有：（1）信號(hào)調(diào)制：由微處理器輸出的數(shù)字信號(hào)包含了被測(cè)量信息或者表示控制模塊輸出的信號(hào)控制量，通過(guò)轉(zhuǎn)換并調(diào)制成為現(xiàn)場(chǎng)總線中輸出的數(shù)字信號(hào)，并傳輸至執(zhí)行器中進(jìn)行動(dòng)作的控制與執(zhí)行；（2）解調(diào)：將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)總線中的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，并將之傳輸至系統(tǒng)的微處理器進(jìn)行處理；（3）供電：將現(xiàn)場(chǎng)總線中傳輸?shù)慕涣餍盘?hào)進(jìn)行變換處理，并將之轉(zhuǎn)換成為微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)供電電源能夠應(yīng)用的電源。

測(cè)試系統(tǒng)的智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表，例如執(zhí)行器/變送器等都通過(guò)接口直接與總線相連?，F(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)采用雙絞線、光纜或者無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，當(dāng)前主要以雙絞線為主。即上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x表的鏈接只需要兩根導(dǎo)線就可以實(shí)現(xiàn)通訊，這兩根導(dǎo)線不但為測(cè)量?jī)x表設(shè)備提供電力支持，而且還承擔(dān)了數(shù)字化、雙向的串行通信。通過(guò)使用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)能夠顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，有效的延長(zhǎng)信息的傳輸距離，從而削減測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間通信設(shè)備及線路的成本耗費(fèi)。當(dāng)前，國(guó)際上多采用的現(xiàn)場(chǎng)總線通信標(biāo)準(zhǔn)，包括HART、FF、CAN以及LonWorks等模式。

3 當(dāng)代飛機(jī)測(cè)試系的技術(shù)革新

3.1 硬件設(shè)計(jì)技術(shù)

3.1.1 基本約束條件

測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)主要考慮測(cè)試對(duì)象的具體大小、環(huán)境、測(cè)試物理量等。系統(tǒng)的需求方面則需要考慮系統(tǒng)的測(cè)試精度、測(cè)試可靠性、系統(tǒng)響應(yīng)速度等。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要考慮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本、架設(shè)成本以及開(kāi)發(fā)周期等。

3.1.2 測(cè)試系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)技術(shù)

測(cè)試系統(tǒng)的功能模塊電路設(shè)計(jì)過(guò)程中通常使用了包括單片機(jī)、CPLD、FPGA、DSP、ASIC、SOC等在內(nèi)的高集成度設(shè)計(jì)技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用低能耗的期間來(lái)降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，同時(shí)減輕運(yùn)行過(guò)程中存在的干擾問(wèn)題。通過(guò)使用通用、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件能減少系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、維護(hù)等成本，也有利于降低系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。最后，在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)使用動(dòng)態(tài)的鏈接來(lái)進(jìn)行多層次的程序鏈接。

3.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要應(yīng)用到的是組態(tài)技術(shù)，使用國(guó)家嚴(yán)格規(guī)定的總線和模塊單元。例如：程控儀設(shè)備、數(shù)控設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)總線測(cè)試儀表等等，這些不僅能夠充分降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)成本，還可以大大減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需要的時(shí)間，這種技術(shù)支持能夠讓系統(tǒng)更加符合標(biāo)準(zhǔn)、更加通用。此外，采用軟件組態(tài)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的方式進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，比如：可視化開(kāi)發(fā)等等，同樣可以縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，還可以形成友好、和諧的系統(tǒng)界面?？傊?，組件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)嚴(yán)格按照系統(tǒng)的實(shí)際需要展開(kāi)設(shè)計(jì)，慎重考慮系統(tǒng)日后的升級(jí)問(wèn)題即功能的擴(kuò)展，確保系統(tǒng)具有更強(qiáng)的開(kāi)放性、實(shí)用性。

3.2 軟件設(shè)計(jì)技術(shù)

測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用軟件主要包括了測(cè)試程序、控制程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序、數(shù)據(jù)處理程序以及人機(jī)界面等。無(wú)論是具體的測(cè)試功能模塊還是虛擬設(shè)備，在設(shè)計(jì)過(guò)程中都應(yīng)該保證軟件在系統(tǒng)存儲(chǔ)容量以及處理速度的限度下對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，盡量通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的硬件設(shè)備功能，使得系統(tǒng)的硬件配置減少。信號(hào)處理以及數(shù)據(jù)處理主要包括系統(tǒng)的誤差分析、插值分析、數(shù)字濾波分析、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。同時(shí)，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到界面是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交流的窗口，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不但要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，而且要求實(shí)現(xiàn)功能信息的顯示效果，界面盡量人性化。

3.3 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)規(guī)范

測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程不是盲目的，而是應(yīng)該遵循標(biāo)準(zhǔn)的電器規(guī)格，所有設(shè)備以及設(shè)備所輸出的信號(hào)都應(yīng)該與電氣規(guī)格相協(xié)調(diào)、相統(tǒng)一。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中的信號(hào)線定義、信號(hào)傳輸方式的選擇、信號(hào)傳輸速度、信號(hào)的邏輯電平以及信號(hào)線纜租客等都需要給予網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技水平也不斷提高。雖然我國(guó)的飛機(jī)試驗(yàn)中測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)有巨大的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍然存在諸多不足，作者認(rèn)為需要我國(guó)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域不斷的研究，才能夠最終促進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展和完善。雖然期間還有一段長(zhǎng)遠(yuǎn)的路要走，但是相信隨著我國(guó)整體實(shí)力的提升，該系統(tǒng)技術(shù)的成熟指日可待，相信其一定會(huì)為我國(guó)航空航天技術(shù)的提高奠定重要的技術(shù)支持。

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