發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

張亞維，史強(qiáng)強(qiáng)，張 樂(lè)

(1.西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空維修工程學(xué)院，陜西 西安 710089；2.西安遠(yuǎn)方航空技術(shù)發(fā)展有限公司，陜西 西安 710089)

在新機(jī)的飛行試驗(yàn)過(guò)程中，換裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)與原機(jī)的進(jìn)氣道之間是否匹配，需要通過(guò)測(cè)量和記錄進(jìn)氣道入口和出口的多種相關(guān)參數(shù)信號(hào)，評(píng)價(jià)進(jìn)氣道畸變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性的影響來(lái)判斷。近年來(lái)，在試驗(yàn)試飛領(lǐng)域，為了充分驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)相容性的試飛測(cè)試科目越來(lái)越受到發(fā)動(dòng)機(jī)研制廠家與試飛工程師們的重點(diǎn)關(guān)注[1-4]。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)方案往往采用專(zhuān)用傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備加通用化采集設(shè)備進(jìn)行分立系統(tǒng)搭建。采用多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行各類(lèi)型信號(hào)采集，例如動(dòng)態(tài)壓力調(diào)節(jié)器、總溫變換器、通用化采集器等。此種方案在集成設(shè)計(jì)成熟之前得到了大量的飛行試驗(yàn)應(yīng)用，并為各類(lèi)試驗(yàn)測(cè)試科目提供了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)[5-7]，主要缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行在線數(shù)據(jù)的二次開(kāi)發(fā)。隨著設(shè)備向高度集成化發(fā)展以及設(shè)備小型化、低功耗等設(shè)計(jì)要求逐漸被眾多研究學(xué)者關(guān)注，分立化測(cè)試設(shè)備會(huì)使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，并帶來(lái)多通道參數(shù)時(shí)間同步性較差、設(shè)備種類(lèi)多、電源供電系統(tǒng)繁雜且功率消耗大、占用機(jī)上安裝空間較大等一系列問(wèn)題[8-10]。因此，近幾年多數(shù)學(xué)者將關(guān)注重點(diǎn)放在高集成化系統(tǒng)的研制上，通過(guò)一臺(tái)系統(tǒng)多功能接口實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信號(hào)采集，并在系統(tǒng)中嵌入軟件算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線算法開(kāi)發(fā)，對(duì)降低數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、減小數(shù)據(jù)傳輸帶寬有積極的作用[11-13]。

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)中眾多的傳感器參數(shù)，通過(guò)多功能板卡系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，使綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)各種壓力傳感器信號(hào)、總溫傳感器信號(hào)進(jìn)行同步高精度采集，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的并行傳輸總線實(shí)現(xiàn)了多級(jí)聯(lián)板卡數(shù)據(jù)的交互。采用同步插入的串行數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳輸，采用關(guān)聯(lián)算法解算實(shí)現(xiàn)在線診斷功能并以RS422接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與座艙預(yù)警顯示，采用以太網(wǎng)高速接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的100%記錄與上位機(jī)通信。經(jīng)過(guò)多架次飛行試驗(yàn)獲取了大量有效的測(cè)試數(shù)據(jù)[14-15]。

1 進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)與進(jìn)氣道相容性測(cè)試過(guò)程中，前端測(cè)量信號(hào)主要包括多路穩(wěn)壓/總壓壓力信號(hào)、總/靜壓差信號(hào)、動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)、進(jìn)口總溫信號(hào)等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)所有的傳感器輸出信號(hào)完成調(diào)理、采集、編碼，并將授時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)解調(diào)后，對(duì)所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具備二次算法開(kāi)發(fā)功能，可在線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)形式分為3種類(lèi)型：① PCM串行碼流形式，用于機(jī)載記錄系統(tǒng)進(jìn)行100%記錄存儲(chǔ)，完成事后處理、分析；② RS422串行輸出形式，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)編程參數(shù)挑選，以串行總線輸出至遙測(cè)系統(tǒng)和座艙預(yù)警顯示系統(tǒng)，供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與告警；③ 以太網(wǎng)總線形式，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)交互管理。進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試傳感器共分為32路穩(wěn)態(tài)壓力、32路壓差壓力、12路總溫和8路動(dòng)態(tài)壓力(轉(zhuǎn)換后為8路動(dòng)態(tài)、8路總壓)，合計(jì)實(shí)現(xiàn)92路測(cè)試數(shù)據(jù)的綜合處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按照不同采樣率對(duì)其功能板卡進(jìn)行總線數(shù)據(jù)交互，時(shí)間戳標(biāo)記所有數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻。主控單元支持FFT(快速傅里葉變換)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，可將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存后完成實(shí)時(shí)解算，實(shí)時(shí)告警算法將關(guān)鍵參數(shù)輸出至地面監(jiān)控和座艙預(yù)警顯示系統(tǒng)。進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理框圖如圖2所示。

圖2 進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理框圖

由圖2可知，設(shè)計(jì)中共采用4類(lèi)測(cè)量傳感器和9塊功能板卡組合成一臺(tái)進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)受感、采集、控制、計(jì)算、接口、預(yù)警等功能。采集板卡通過(guò)多級(jí)聯(lián)并行底板總線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)、電源傳輸交互。

進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)軟件通過(guò)以太網(wǎng)總線與硬件系統(tǒng)互聯(lián)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行板卡信息顯示(板卡類(lèi)型、板卡地址、板卡序列號(hào))、配置校驗(yàn)功能(PCM格式設(shè)置、RS422格式配置、參數(shù)挑選、配置加載)、實(shí)時(shí)信息顯示(碼值、物理量)。通過(guò)機(jī)載遙測(cè)設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控大廳，地面監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)狀態(tài)、曲線、數(shù)據(jù)解算等信息。

設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適合于信號(hào)種類(lèi)多、實(shí)時(shí)性要求高、在線算法嵌入的應(yīng)用場(chǎng)景，滿(mǎn)足各類(lèi)型專(zhuān)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。采用高性能FPGA核心控制單元，可提高數(shù)據(jù)在線運(yùn)算能力，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、降低有限的遙測(cè)數(shù)據(jù)鏈路帶寬具有重大意義。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)可知，將進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照功能主要分為3個(gè)部分：機(jī)上傳感器受感、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、終端顯控設(shè)備，終端顯控設(shè)備中遙測(cè)記錄、地面監(jiān)測(cè)設(shè)備為現(xiàn)有設(shè)備。

2.1 傳感器選取

根據(jù)進(jìn)氣道測(cè)量中被測(cè)信號(hào)的類(lèi)型，可將傳感器分4類(lèi)：① 穩(wěn)態(tài)壓力傳感器，測(cè)量總壓、穩(wěn)壓緩變信號(hào)，輸出線性大電壓信號(hào)；② 壓差傳感器，測(cè)量進(jìn)氣道中壓差信號(hào)，轉(zhuǎn)換為大電壓信號(hào)輸出；③ 動(dòng)態(tài)壓力傳感器，采用惠斯通全橋設(shè)計(jì)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供恒壓源激勵(lì)，測(cè)量總壓信號(hào)及其攜帶的脈動(dòng)壓力信號(hào)；④ 總溫信號(hào)測(cè)量傳感器，采用鉑電阻原理，使用三線制恒流源激勵(lì)方式能夠較好地消除引線誤差。

2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用多板卡級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，包括中央控制板、壓力采集板、溫度采集板、電源板、激勵(lì)輸出板共5類(lèi)板卡。

采集板卡由7個(gè)功能模塊組成：傳感器激勵(lì)模塊、接口電路模塊、濾波電路模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路模塊、子板處理器模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊和高速底板總線模塊。其中，總溫傳感器為溫度采集板卡外接傳感器類(lèi)型，需要恒流源激勵(lì)；動(dòng)態(tài)壓力傳感器測(cè)量壓力氣流中的波動(dòng)量，需要壓力采集板提供恒壓源激勵(lì)。

圖3 功能采集板卡組成框圖

采集板卡按照中央控制板設(shè)置的采樣率實(shí)時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行同一時(shí)刻鎖存，底板總線通過(guò)地址匹配、輪訓(xùn)、校驗(yàn)方式依次循環(huán)讀取所有鎖存的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性、關(guān)聯(lián)性。

中央控制板為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的邏輯控制、功能調(diào)度、數(shù)據(jù)整合、軟件配置管理；由8個(gè)模塊組成：高速底板總線、以太網(wǎng)、PCM編碼、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、RS422編碼、時(shí)間解析單元、電壓轉(zhuǎn)換、處理器內(nèi)核及其外圍模塊；外部掛載DDR3提高大容量數(shù)據(jù)緩存要求，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器為中央處理器存儲(chǔ)程序代碼與系統(tǒng)管理文件，高精度溫補(bǔ)晶振為處理器內(nèi)核提供時(shí)鐘源。中央控制板組成框圖如圖4所示。

圖4 中央控制板組成框圖

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要的核心技術(shù)有以下3種。

(1)多板卡級(jí)聯(lián)并行總線設(shè)計(jì)。

作為多個(gè)子板卡組成的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，各板卡間如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)工作，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集處理的核心。中央控制板是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制核心板卡，是整個(gè)數(shù)據(jù)交互的管理中心，通過(guò)并行總線實(shí)現(xiàn)與各個(gè)子板卡的通信。

總線通信協(xié)議通過(guò)優(yōu)化PCI總線功能，精簡(jiǎn)控制信號(hào)，提升總線通信效率。優(yōu)化后的總線通信協(xié)議內(nèi)容主要為板類(lèi)型與串號(hào)掃描、采集板寫(xiě)地址、采集板數(shù)據(jù)讀取、采集板寄存器寫(xiě)操作。

底板互聯(lián)總線包含16位地址線、16位數(shù)據(jù)線(收發(fā)復(fù)用)、4位功能選擇線和2位控制線，最多可實(shí)現(xiàn)對(duì)16塊功能板卡的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，最多可以訪問(wèn)每個(gè)板卡上的65536個(gè)寄存器，總線數(shù)據(jù)在40 MHz頻率下工作，并行數(shù)據(jù)帶寬可達(dá)640 Mbit/s。

主從總線設(shè)計(jì)架構(gòu)中，發(fā)起方和響應(yīng)方進(jìn)行交互任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)以下3種總線訪問(wèn)的支持：

① 處理器直接訪問(wèn)底板總線，用于狀態(tài)管理和板卡功能配置。

② 根據(jù)時(shí)間片的全自動(dòng)底板總線訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取。

③ 總線地址循環(huán)匹配，同一時(shí)刻對(duì)當(dāng)前地址板卡進(jìn)行透明訪問(wèn)。

(2)差異化采樣率下同步采樣設(shè)計(jì)。

機(jī)載數(shù)據(jù)測(cè)試中關(guān)鍵指標(biāo)需要實(shí)現(xiàn)所有采集通道數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的相關(guān)性，這對(duì)于后期數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析處理意義重大，同步精度往往要求在1 μs以?xún)?nèi)。設(shè)計(jì)采用3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度同步采集功能：

① 總線中統(tǒng)一的同步采集脈沖時(shí)鐘。

② 總線中統(tǒng)一的同步時(shí)鐘信號(hào)。

③ 統(tǒng)一的IRIG-B時(shí)標(biāo)單元和時(shí)間實(shí)時(shí)控制(RTC)模塊。

實(shí)際應(yīng)用中不同的采集通道會(huì)存在差異化的采樣頻率，例如穩(wěn)態(tài)壓力、總溫等慢變信號(hào)采樣率為32 Hz，壓差壓力采樣率為256 Hz，而動(dòng)態(tài)壓力快變信號(hào)采樣率為2 kHz。為確保所有數(shù)據(jù)具備時(shí)間軸上的一致同步性，結(jié)合PCM同步采樣的特性，使用晶振40 MHz時(shí)鐘產(chǎn)生同步PCM位時(shí)鐘，再由該位時(shí)鐘產(chǎn)生同步采集時(shí)鐘脈沖，該時(shí)鐘須與PCM幀格式中最高采樣率的頻率一致。

采集板卡檢測(cè)總線同步采集時(shí)鐘，根據(jù)同步時(shí)鐘產(chǎn)生ADC轉(zhuǎn)換開(kāi)啟脈沖信號(hào)，該信號(hào)與同步采集時(shí)鐘會(huì)有1個(gè)總線時(shí)鐘周期的延遲(25 ns)，故使所有采集板卡上的A/D轉(zhuǎn)換通道具備高精度同步性。特別需要注意的是，選型時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器件需具備多通道同步鎖存功能，這樣才能保證高精度同步采集。

(3)實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)解算處理設(shè)計(jì)。

隨著試飛科目增多，數(shù)據(jù)總量呈指數(shù)增長(zhǎng)，事后數(shù)據(jù)處理工作繁重，且受制于遙測(cè)帶寬限制，僅部分核心數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，存在一定的監(jiān)控盲區(qū)。將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理移至機(jī)上設(shè)備成為設(shè)備智能化的發(fā)展趨勢(shì)，可有效減少繁重的事后數(shù)據(jù)處理工作，利于減小遙測(cè)數(shù)據(jù)帶寬。通過(guò)數(shù)據(jù)融合處理將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵參數(shù)遙測(cè)至地面監(jiān)測(cè)，可降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。

數(shù)據(jù)流的提取是由AXI-DMA模塊將PCM原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速的AXI-STREAM碼流，通過(guò)HP接口進(jìn)入處理器，從而使軟件處理器獲得100%的數(shù)據(jù)。雙核ARM處理器中，CPU1根據(jù)計(jì)算需求提取數(shù)據(jù)形成緩沖數(shù)組，并按要求進(jìn)行預(yù)處理，在經(jīng)過(guò)濾、加窗處理等操作后，將原始數(shù)據(jù)送入CPU0進(jìn)行軟件解算或者硬件FFT協(xié)處理器進(jìn)行硬件解算。算法計(jì)算數(shù)據(jù)流獲取傳輸如圖5所示。

圖5 算法計(jì)算數(shù)據(jù)流獲取傳輸圖

用戶(hù)的算法復(fù)雜度不高的問(wèn)題可直接通過(guò)ARM-Linux操作系統(tǒng)軟件計(jì)算方式解決，在CPU0中完成計(jì)算輸出，雙核處理器分別完成獨(dú)立任務(wù)。CPU0的空閑非常充足，可高效完成算法計(jì)算并且具備簡(jiǎn)單易學(xué)的用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)特性。

針對(duì)不同的試飛科目，參與計(jì)算的參數(shù)需及時(shí)調(diào)整，采用的數(shù)據(jù)處理算法也不盡相同。在常規(guī)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，系統(tǒng)植入了成熟可靠的算法程序，方便用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)時(shí)直接調(diào)用。

目前系統(tǒng)中主要嵌入了預(yù)濾波算法、幅值超限、加權(quán)平均、FFT等成熟算法，為被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控提供便利。用戶(hù)可通過(guò)關(guān)聯(lián)參數(shù)分析各通道數(shù)據(jù)的頻率特性關(guān)系等，對(duì)飛行中進(jìn)氣道狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，通過(guò)累積FFT算法輸出低采樣預(yù)警信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

通過(guò)在線關(guān)聯(lián)性參數(shù)解算算法，對(duì)多路不同傳感器參數(shù)完成融合，實(shí)時(shí)遙測(cè)鏈路輸出最終計(jì)算結(jié)果并直接用于監(jiān)控，無(wú)須二次處理，這樣可將本監(jiān)視系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶寬降低80%以上。解算后的數(shù)據(jù)可以反映進(jìn)氣道飛行狀態(tài)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩個(gè)部分。傳感器部分通過(guò)選擇合適量度的成熟產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)氣道耙的定制安裝。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口功能精度等完成標(biāo)定測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)是否達(dá)到裝機(jī)要求。

搭建的地面進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)室搭建系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)

上位機(jī)計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)接口為以太網(wǎng)，通過(guò)上位機(jī)軟件可直接讀取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和配置信息。

進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上位機(jī)軟件界面如圖7所示。

圖7 地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上位機(jī)軟件界面

實(shí)驗(yàn)包含以下內(nèi)容。

(1)穩(wěn)態(tài)、壓差壓力精度測(cè)試。

穩(wěn)態(tài)壓力信號(hào)為慢變信號(hào)，采樣率為32 Hz，壓差壓力采樣率為256 Hz，通過(guò)氣壓源為壓力傳感器提供輸入，選取最大氣壓值35 MPa(穩(wěn)態(tài)壓力)、7 MPa(壓差壓力)輸入，對(duì)應(yīng)輸出5 V電壓值進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果抽選6個(gè)通道(數(shù)據(jù)處理增益為1.8倍)，結(jié)果如表1所示。

表1 穩(wěn)態(tài)、壓差壓力精度測(cè)試數(shù)據(jù)表

結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)、壓差壓力采用標(biāo)準(zhǔn)源測(cè)試輸出為電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)處理內(nèi)部放大1.8倍固定增益，降低A/D轉(zhuǎn)換器LSB，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理后輸出后精度均小于0.3%FS，達(dá)到了較高的采集精度。

(2)進(jìn)氣總溫精度測(cè)試。

采用Pt100鉑電阻作為溫度受感器，恒流源激勵(lì)方式，通過(guò)三線制接線法與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)溫度采集板連接，測(cè)量的溫度范圍為-60～250 ℃。將溫度受感器放在可控溫度箱中，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2 進(jìn)氣總溫精度測(cè)試數(shù)據(jù)表

測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)換后的溫度誤差均在±2 ℃之內(nèi)，溫度測(cè)量結(jié)果良好，測(cè)量誤差小。采用三線制的小幅值恒流源激勵(lì)方式，可以有效消除線纜傳輸過(guò)程中帶來(lái)的測(cè)量誤差。

(3)動(dòng)態(tài)壓力采集和橋壓輸出精度測(cè)試。

動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)為快變信號(hào)，采樣率2048 Hz，通過(guò)氣壓源為傳感器提供穩(wěn)定壓力源，選取壓力信號(hào)7 MPa最大點(diǎn)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為直流電壓100 mV作為輸入，交流脈動(dòng)量采用有效電壓23.57 mV/1 kHz信號(hào)源為輸入。測(cè)試結(jié)果僅抽選5個(gè)通道(交流增益300倍、直流增益100倍)，如表3所示。

表3 穩(wěn)態(tài)、壓差壓力精度測(cè)試數(shù)據(jù)表

測(cè)試結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)為快變信號(hào)，且輸出包含交直流混合微小信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部100倍/300倍放大后進(jìn)行A/D采集，最終采集精度均小于0.2%FS。測(cè)試結(jié)果良好，測(cè)量誤差小。

綜上所述，所設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法合理可行，多級(jí)聯(lián)并行總線數(shù)據(jù)交互方式穩(wěn)定可靠，傳輸機(jī)制保證了數(shù)據(jù)高精度同步采樣。

本系統(tǒng)傳感器采用成熟產(chǎn)品，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在底層開(kāi)發(fā)、器件選型、結(jié)構(gòu)、架構(gòu)方面均完全自主開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,成本低廉，目前已在飛行試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多架次裝機(jī)試飛證明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)將飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行在線處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有有效性與實(shí)用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用可擴(kuò)展的多功能板卡架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型傳感器接口，使用定制化并聯(lián)總線實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步采集，使用差異化采樣率實(shí)現(xiàn)不同節(jié)拍信號(hào)關(guān)聯(lián)采集。中央嵌入式控制系統(tǒng)建立在線數(shù)據(jù)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)辟高速專(zhuān)用內(nèi)核完成在線數(shù)據(jù)解算，有效降低數(shù)據(jù)傳輸帶寬，實(shí)現(xiàn)地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與機(jī)上預(yù)警顯示功能。采用輪詢(xún)方式并行總線等技術(shù)解決多板卡間數(shù)據(jù)高速交互的難點(diǎn)，有利于提高系統(tǒng)集成度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化輕量化設(shè)計(jì)，為各類(lèi)機(jī)載多通道信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供有效的解決思路。由于本設(shè)計(jì)中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，在后端鏈路存在故障時(shí)，存在數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。在下一步應(yīng)用設(shè)計(jì)中，將增加存儲(chǔ)功能，完善數(shù)據(jù)算法監(jiān)控能力，提升系統(tǒng)智能化，并應(yīng)用于各類(lèi)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)量等場(chǎng)景。