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美国国家仪器(NI)有限公司
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航空器增压舱功能性测试的新创意

美国国家仪器(NI)有限公司
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The Challenge: 
  通过创新测试方法降低航空器密封性检验设备的投资成本。通过自动化过程控制增加测试结果的精度及数据的可靠性。 
The Solution:
  将电子设备用于综合过程序列测试,由计算机控制测试装置。测试系统从手工改为全自动化方法模式。数据测试的记录及处理通过计算机核查。 
  "基于用户开发V I 实现的低成本虚拟仪器系统具有高性价比。LabVIEW作为其中关键,提供了测试设备中集成的DAQ硬件及自动化的测试计划和文档。LabVIEW 灵活、友好的图形化编程环境在很大程度上缩短了系统开发时间。"
  根据FAR 25.841 规范,飞行高度超过8,000 ft 的航天器必须进行压力舱测试。直到目前这类测试都采用传统方法。测试方法不能直接得到测试结果。参数需要手写,并手工计算。
  为了简化测试步骤,提高测试数据的精度,我们开发了基于计算机及数据采集设备(DAQ)的测试方法。LabVIEW 被用于自动操作测试数据流及数据处理。该软件应用提供了图形化可视界面及测试结果的汇总。
系统概述
  如上文提到,旧测试方法需要手工进行数据收集及分析,所以效率很低,测试性能完全取决于操作员。操作员在所有测试过程中需要手工操作、记录数据、控制及监测测试。新测试方法实现了创新的自动化测试。我们改进了测试步骤,在单个集成系统中实现由计算机控制的数据采集及分析。
创新测试自动化过程的目标:
● 缩减测试设备的投资成本
● 简化测试方法
● 自动化的测试及控制方法提高了测试的性能及精度
● 独立控制系统监测能力
● 降低测试参数的误读
● 自动生成测试结果
● 基于Windows 的软件控制应用
● 界面用户友好
硬件实现
  自动化泄漏测试设备的组成配置包括计算机、数据采集设备、电磁阀、气源、压力变送器及温度变送器等。系统能够精确、快速、自动地测量航天器增压舱的特定泄漏区域等级。计算机及DAQ 设备用于处理过程控制序列测试及采集数据。控制装置将状态阀控制在相应值并从传感器采集数据。泄露测试系统采用四通道DAQ设备。通道与传感器及电磁阀相连,并包裹于电缆中。
  测试过程首先压缩舱体或被测单元,直至压力达到特定值。舱体环境的压力及温度通过传感器或变送器测量。变送器将测量值转换成电流或电压。
  计算机处理由变送器及DAQ 设备采集的舱体压力及温度数据。当舱体压力超过临界值时,电磁阀将控制舱体压力输入的流量。图1为测试系统的框图示意。

               图1.泄漏测试系统的框图示意

软件实现
  泄漏测试系统采用DAQ 设备,通过LabVIEW 软件编写虚拟仪器(VI)实现完全控制。 LabVIEW 能够控制DAQ 设备读取模拟输入信号(A/D 转换),生成模拟输出信号(D/A 转换),并读写数字信号。电压数据输入计算机上的插入式DAQ 设备,并送到存储器进行保存、处理。
我们在LabVIEW 图形化编程环境下完成软件开发,保证了软件的高度模块化及可扩展性。 LabVIEW 是层次式的,任何虚拟仪器都能快速转换为模块,作为另一个VI 的子模块。我们将软件整体配置成独立的虚拟仪器,它包括了系统控制器、数据采集、及数据分析和显示。
我们将七个VI 集成到最终的主VI 中,通过主VI 的图形化用户界面(GUI)(如图2 显示),用户能够观察增压舱的泄漏测试监测过程。在测试执行中,计算机显示主LabVIEW VI 界面,该界面包括若干菜单:用户认证、参数设置、输出波形绘制等。测试通过时界面显示“GO”,测试失败则显示“NO GO”。


          图2.图形化用户界面及结果显示窗口
  软件测试的操作非常简单。首先必须安装测试设备,作为测试的配置。然后初始化参数或变量,如压力、温度、舱体容量、允许泄漏区域、及测试持续时间等。完成所有配置设定后便可开始测试。软件功能包括系统控制及数据处理。软件还能控制状态阀、读取传感器数据、处理或分析采集数据。
  为了能在计算机屏幕上监测测试状态,GUI 显示三个图表:比率曲线、参照曲线、测量结果曲线。舱体泄漏区域值及所有测试过程的结果同样可观测。操作员在测试过程中无需记录数据。
最终测试结果报告的打印很简单,用户可以轻松完成测试文档。测量过程中用到的变量及测试结果都保存在磁盘上,数据以文本格式保存,可通过Excel 或文本编辑器打开。

              表1.新、旧测试系统间的比较
系统性能
  我们为自动化校验开发的VI 能够满足所有需求。在达到不同功能性测试的精度要求同时,还在测试速度、成本、紧凑型等方面超越了旧测试系统。每个VI 完成数据的采集、度量,并与阈值进行比较。GO或NO GO标识控制在失败事件时关闭电源,或在存储测试结果后完成最终测试报告。上表中比较了旧测试系统及基于Vi 的新系统。
  测试时间缩短的主要原因是能够连续执行控制系统配置、数据采集和显示及测试报告生成等步骤。
结论
  基于用户开发V I 实现的低成本虚拟仪器系统具有高性价比。LabVIEW作为其中关键,提供了测试设备中集成的DAQ硬件及自动化的测试计划和文档。LabVIEW 灵活、友好的图形化编程环境在很大程度上缩短了系统开发时间。
  将本研究作为铺垫,可在进一步软硬件平台开发中实现易修改的系统,甚至可集成其它类型测试或完成类似系统测试。

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状 态: 离线

公司简介
产品目录

公司名称: 美国国家仪器(NI)有限公司
联 系 人: 市场部
电  话: 021-50509800
传  真: 021-65556244
地  址: 上海浦东张江集电港二期张东路1387号第45幢
邮  编: 201203
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