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(中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速所，四川 綿陽(yáng) 621000)

基于PXI總線的Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞測(cè)量系統(tǒng)研制與應(yīng)用

黃昊宇，黃輝，凌忠偉，鄭慶

(中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速所，四川綿陽(yáng)621000)

測(cè)量系統(tǒng)是風(fēng)洞中必不可少的重要的設(shè)備之一，其性能對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、可靠性和運(yùn)行效率具有至關(guān)重要的影響；近年來(lái)，Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞原有測(cè)量系統(tǒng)逐漸暴露出精準(zhǔn)度下降、軟件通用性不足、維護(hù)不便等缺點(diǎn)，已不能完全滿足日益復(fù)雜的風(fēng)洞試驗(yàn)需求；針對(duì)此情況，該風(fēng)洞重新研制建立了一套基于PXI總線的64通道的測(cè)量系統(tǒng)，并通過(guò)嚴(yán)格測(cè)試投入應(yīng)用，該系統(tǒng)的應(yīng)用在一定程度上提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性和自動(dòng)化程度，拓寬了Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞的綜合性能。

風(fēng)洞； 測(cè)量系統(tǒng)； PXI總線； 研制

0 引言

Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞是目前我國(guó)進(jìn)行常規(guī)高超聲速試驗(yàn)的主力風(fēng)洞，運(yùn)行30多年來(lái)，為我國(guó)航空航天飛行器的研制提供了大量可靠的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該風(fēng)洞由風(fēng)洞洞體、氣源、氣流控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)等部分組成[1]，其中風(fēng)洞測(cè)量系統(tǒng)是風(fēng)洞產(chǎn)品的出口，風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取主要是靠測(cè)量系統(tǒng)，所以該系統(tǒng)在風(fēng)洞試驗(yàn)中有著非常重要的地位。近年來(lái)，隨著該風(fēng)洞試驗(yàn)難度和復(fù)雜程度的提高，試驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集處理的精準(zhǔn)度和實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高，風(fēng)洞的測(cè)量系統(tǒng)也逐漸暴露出不足之處：

1) 原有的風(fēng)洞數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不完備。風(fēng)洞原有一套采用ISA總線數(shù)據(jù)采集卡為核心的小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集通道少，只有16個(gè)，無(wú)法滿足多通道測(cè)量的要求，并且傳感器、信號(hào)調(diào)理器等設(shè)備逐年老化，穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度嚴(yán)重下降，進(jìn)入高故障期。

2) 原有的風(fēng)洞測(cè)量系統(tǒng)配套的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度不夠，通用性不足，功能不夠完善，可維護(hù)性和擴(kuò)展性較低[2]。

為了滿足風(fēng)洞試驗(yàn)的需要，必須設(shè)計(jì)研制一套新的測(cè)量系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)綜合技術(shù)性能。

1 研制要求

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)需求，新構(gòu)建的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)滿足風(fēng)洞測(cè)力、測(cè)壓、測(cè)溫等不同類型試驗(yàn)對(duì)采集通道數(shù)、采樣率和精準(zhǔn)度等發(fā)面的性能需求，應(yīng)達(dá)到如下技術(shù)要求：

1) 數(shù)據(jù)采集設(shè)備通道數(shù)64個(gè)(單端)，通道掃描率≥100 kS/s，采集卡分辨率16位，輸入電壓范圍±10 mV～±10 V，精準(zhǔn)度0.05%；

2) 信號(hào)調(diào)理器通道數(shù)64個(gè)，電壓輸入范圍±10 V，增益范圍1～500可調(diào)(具備1、100、300、500等檔位)，增益精度0.05%，線性度±0.005%，含低通濾波器，低通濾波有1 Hz、3 Hz、10 Hz、1 kHz等多個(gè)檔位可調(diào)，具有信號(hào)放大未濾波輸出端；

3) 提供±15 V的天平和傳感器激勵(lì)電源；

4) 更新關(guān)鍵一次儀表設(shè)備，包括總壓傳感器、大氣壓傳感器和總溫傳感器，其中總壓傳感器精度應(yīng)優(yōu)于0.1%，大氣壓力傳感器精度應(yīng)優(yōu)于0.05%，總溫傳感器允差I(lǐng)I級(jí)；

5) 具備符合軟件工程設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理流程的數(shù)據(jù)采集和處理軟件系統(tǒng)。

2 研制方案

2.1 總體方案

眾所周知，在一次高超聲速風(fēng)洞常規(guī)測(cè)力試驗(yàn)中，需要實(shí)時(shí)測(cè)量的物理對(duì)象一般有總溫、總壓、大氣壓、模型受到的力和力矩、模型底壓、駐室靜壓等等，數(shù)量從幾個(gè)到幾十個(gè)不等。這些測(cè)量信號(hào)的范圍一般為mV至V的量級(jí)，且以mV信號(hào)數(shù)量居多。風(fēng)洞測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)就是通過(guò)高性能采集板卡A/D將試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)一次儀表(包含天平、熱電偶、壓力傳感器等)的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)在數(shù)據(jù)采集處理軟件界面上實(shí)時(shí)顯示、保存和打印，然后數(shù)據(jù)處理軟件事后對(duì)這些原始數(shù)據(jù)信號(hào)按高超風(fēng)洞氣動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)步驟和方法進(jìn)行計(jì)算和修正，最后將計(jì)算獲得的無(wú)量綱化的氣動(dòng)系數(shù)繪制成曲線和圖表，提供給氣動(dòng)分析人員深入研究[3]。

因此，為了更加準(zhǔn)確的測(cè)量這些微弱電壓信號(hào)，在進(jìn)行Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞新的測(cè)量系統(tǒng)研制過(guò)程中，應(yīng)遵循如下設(shè)計(jì)原則：安全可靠，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，操作便捷，易于維護(hù)。系統(tǒng)應(yīng)立足于采用國(guó)內(nèi)外成熟的技術(shù)，按照模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能可靠、風(fēng)險(xiǎn)可控。

出于以上考慮，新研制的測(cè)量系統(tǒng)將采用目前主流的PXI總線，由PXI總線采集系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)采集處理軟件兩部分組成，硬件中主要部件——A/D采集模塊和信號(hào)調(diào)理器的選型依據(jù)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)來(lái)確定。同時(shí)，由于測(cè)控間與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)之間有近30米的距離，為便于崗位人員操作和維護(hù)，新系統(tǒng)將設(shè)計(jì)成集中式布局，主要設(shè)備放置于風(fēng)洞測(cè)控間內(nèi)，風(fēng)洞試驗(yàn)大廳里分布各處的一次儀表信號(hào)通過(guò)屏蔽線纜進(jìn)入定制接線機(jī)柜，然后走專用地溝進(jìn)入測(cè)控間的新測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字I/O與其他測(cè)控系統(tǒng)握手通訊。以上方案既能兼顧系統(tǒng)整體性能，節(jié)約研制費(fèi)用，又能保證較好開(kāi)放性，為系統(tǒng)的后續(xù)維護(hù)升級(jí)提供便利，可保證新系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命周期。新測(cè)量系統(tǒng)原理性框圖如圖1所示。

圖1 新測(cè)量系統(tǒng)原理性框圖

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

新系統(tǒng)將以標(biāo)準(zhǔn)PXI機(jī)箱、零槽控制器為核心，通過(guò)配置各類PXI板卡、信號(hào)調(diào)理器、傳感器及激勵(lì)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)采集、信號(hào)采集轉(zhuǎn)換、測(cè)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)通信、接口適配等功能。正常運(yùn)作時(shí)，系統(tǒng)上位機(jī)的主動(dòng)式數(shù)據(jù)測(cè)試處理軟件交互平臺(tái)通過(guò)零槽控制器與PXI總線設(shè)備建立通訊連接[4]，然后用戶根據(jù)不同試驗(yàn)所需的通道數(shù)、模擬量、開(kāi)關(guān)量、指令、采樣率等參數(shù)要求靈活配置相應(yīng)板卡參數(shù)，達(dá)到控制相應(yīng)設(shè)備獲取精準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的目的。這種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于既可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多個(gè)設(shè)備集中控制，也可滿足風(fēng)洞中天平、傳感器、熱電偶、電磁閥開(kāi)關(guān)等多種類型信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)量需求。

2.2.2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)由系統(tǒng)測(cè)量處理上位機(jī)、NI公司的測(cè)控主機(jī)箱、MXI-4多系統(tǒng)擴(kuò)展接口組件、M系列PXI多功能數(shù)據(jù)采集模塊、多通道數(shù)字I/O卡、串口數(shù)字信號(hào)采集卡、信號(hào)調(diào)理器、天平、壓力傳感器、熱電偶、激勵(lì)電源以及有關(guān)的接線端子板與連接線纜組成，構(gòu)成一個(gè)64通道的測(cè)量系統(tǒng)。

1) 測(cè)量處理上位機(jī)。

選用高性能的研華公司生產(chǎn)的610 H型工控機(jī)作為系統(tǒng)上位機(jī)。零槽控制器模塊中的PCI-8331直接安裝在該機(jī)器內(nèi)，通過(guò)它和專用光纖可遠(yuǎn)程控制PXI測(cè)控主機(jī)箱所有板卡工作，它與PXI機(jī)箱的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)132 MB/s[5]，完全可滿足Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)交互的通吐量需求。該上位機(jī)的主要功能為：在風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)部分測(cè)控設(shè)備(如PXI板卡、模型姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)、模型底壓設(shè)備集成箱等)進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示，而且還要在試驗(yàn)結(jié)束后完成對(duì)試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的處理、分析和備份。

2) PXI主機(jī)箱及測(cè)控模塊單元。

PXI測(cè)控主機(jī)箱選用了NI PXI-1050機(jī)箱，該機(jī)箱擁有系列化的較為完善的測(cè)控模塊支持，并且它擁有8個(gè)PXI插槽和4個(gè)SCXI插槽[6]，插槽數(shù)量較多，可為板卡選型配置和后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展提供便利。機(jī)箱里主要配置有NI PXI-8331 MXI-4零槽控制器、NI PXI-6031E多功能數(shù)據(jù)采集模塊、NI PXI-6528數(shù)字I/O模塊和NI PXI-8431串行通訊模塊等測(cè)控單元。其中：

PXI-6031E：作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的主力設(shè)備，是整套系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件，其A/D轉(zhuǎn)換分辨率、采樣速度等指標(biāo)直接影響整套系統(tǒng)的性能指標(biāo)。而PXI-6031E多通道高速掃描型數(shù)據(jù)采集卡的分辨率為16 bits，采樣率可達(dá)到100 KS/sec(多通道共用)，具有64 路單端或32 路差分A/ D 輸入，輸入電壓范圍±10 V，除此之外它還包含64 K采樣的FIFO存儲(chǔ)器，8路數(shù)字I/ O，2路16位D/ A 輸出，2個(gè)24位計(jì)數(shù)/定時(shí)器等[7]。其性能完全能滿足測(cè)量系統(tǒng)對(duì)通道數(shù)、采樣率、精準(zhǔn)度的要求。

PXI-6528：含有通道間光隔離的24路數(shù)字輸入(±60 V)和24路數(shù)字輸出通道(±60 V，0～30 Vms)，支持150 mA電流驅(qū)動(dòng)，可滿足風(fēng)洞系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量的監(jiān)控需要。

PXI-8431/4：提供4線收發(fā)器模式，適用于全雙工和半雙工的RS485/RS422接口通訊，可支持57波特至3 000 K波特可變的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)波特率，可滿足Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞一些傳感器串口數(shù)字信號(hào)的采集，比如模型底壓傳感器等。

3) 信號(hào)調(diào)理模塊。

信號(hào)調(diào)理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)洞天平、傳感器等微弱電壓信號(hào)的放大、濾波，它的選型也非常重要。考慮到Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞固有的干擾信號(hào)主要集中在1 Hz以上頻段，為盡可能提高信噪比，保證有效信號(hào)通過(guò)，新系統(tǒng)選用了一款性價(jià)比較高的國(guó)產(chǎn)新型低通濾波放大器。該精密信號(hào)放大器型號(hào)為Front ZY-02-III，共配有8組機(jī)箱，每組8個(gè)通道。該放大器是基于耦合差分放大器原理而成，它具有高共模抑制比(CMR)、高精密度的優(yōu)點(diǎn)。其最高抗共模電壓范圍在某種程度下受限于整體放大器最高通頻帶寬和精密度要求。一般情況下，對(duì)100 KHz帶寬和±0.01% ～±0.02%的精密度要求，其最高CMV可達(dá)300 V(直流或交流峰——峰值)左右。而對(duì)10 KHz以下通頻帶其CMV可達(dá)五百伏乃至上千伏。它的這一特點(diǎn)以及輸入電路結(jié)構(gòu)方面完全可以與某些精密隔離數(shù)據(jù)放大器相媲美，而其噪音、漂移、線性精度等主要技術(shù)指標(biāo)完全等同于精度儀器放大器水平。它的增益有×1、×100、×300、×500倍4個(gè)檔位，低通濾波截至頻率含 1、2、10、1 KHz4個(gè)檔位，共模抑制比(CMR)為120 db，增益精度優(yōu)于±0.05%，線性度為±0.005%。

4) 傳感器。

此次系統(tǒng)研制主要更新了三類傳感器：風(fēng)洞前室總壓用量程為10.0 MPa的德魯克PMP-5073測(cè)量，精度為0.04%[8]；大氣壓力選用Setra-270大氣壓力傳感器測(cè)量，量程為80 kPa～110 kPa，精度為0.05%；風(fēng)洞前室總溫用NiCr-NiSi凱裝小慣性熱電偶測(cè)量，精度為0.75%。

2.2.3 實(shí)施方法

試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)洞天平、壓力傳感器、熱電偶等64路模擬信號(hào)進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)中Front ZY-02-III低通濾波放大器，而風(fēng)洞模型姿態(tài)控制系統(tǒng)通過(guò)PXI-6528與測(cè)量系統(tǒng)連接。試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，當(dāng)風(fēng)洞流場(chǎng)建立，試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯斗诺轿?，測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)出指令，讓模型姿態(tài)控制系統(tǒng)按步進(jìn)方式開(kāi)始變換模型姿態(tài)(如模型攻角、側(cè)滑角等)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。64路原始信號(hào)經(jīng)過(guò)Front ZY-02-III信號(hào)調(diào)理器放大和濾波后，送至PXI- 6031E多功能數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口。PXI- 6031E將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、數(shù)字濾波和保存，數(shù)據(jù)處理軟件則對(duì)存盤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得所需的流場(chǎng)參數(shù)和氣動(dòng)力系數(shù)。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 軟件設(shè)計(jì)原則

遵循風(fēng)洞軟件系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)任務(wù)要求和測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的方法實(shí)現(xiàn)軟件功能。

2.3.2 軟件數(shù)據(jù)流分析

崗位人員接到試驗(yàn)任務(wù)后，立即按崗位操作流程進(jìn)行試驗(yàn)準(zhǔn)備。即先設(shè)置采集軟件特定參數(shù)表，設(shè)置項(xiàng)目包括：試驗(yàn)參數(shù)、模型參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、計(jì)算過(guò)程控制參數(shù)、計(jì)算結(jié)果格式控制等，然后利用采集軟件和PXI總線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一次儀表模擬信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換和保存。保存得到的特定格式的原始數(shù)據(jù)文件通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件讀取，并按規(guī)范的公式或算法進(jìn)行計(jì)算修正，以獲得氣動(dòng)分析人員期望的數(shù)據(jù)結(jié)果。數(shù)據(jù)處理項(xiàng)目主要包括：總壓傳感器計(jì)算、前室總溫?cái)M合計(jì)算、來(lái)流速壓計(jì)算、來(lái)流靜壓計(jì)算、天平載荷計(jì)算、天平坐標(biāo)系到過(guò)渡坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、過(guò)渡坐標(biāo)系與體軸系轉(zhuǎn)換、體軸系與風(fēng)軸系轉(zhuǎn)換、插值算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整化、求導(dǎo)、底阻修正等。

2.3.3 軟件功能模塊劃分

1) 數(shù)據(jù)采集軟件功能模塊(見(jiàn)圖2)。

圖2 新采集軟件功能劃分

2) 數(shù)據(jù)處理軟件功能模塊(見(jiàn)圖3)。

圖3 新數(shù)據(jù)處理軟件功能劃分

2.3.4 軟件編制

新軟件采用集成開(kāi)發(fā)模式，基于PXI總線硬件平臺(tái)、WindowsXp系統(tǒng)和NI公司應(yīng)用程序編程接口NI-DAQmx、第三方插件包SunisoftSUIPack等開(kāi)發(fā)包，用C++ Builder語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。新系統(tǒng)以《Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞高超聲速風(fēng)洞通用測(cè)力數(shù)據(jù)處理大綱及程序》為依據(jù)，設(shè)計(jì)了兩套功能相對(duì)獨(dú)立的軟件程序。為便于軟件之間的數(shù)據(jù)調(diào)用和處理，新軟件采用類和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行開(kāi)發(fā)管理，設(shè)計(jì)了兩大類分別是TDataAcq和TDataProcess，它們包含的公有函數(shù)職能明確，只負(fù)責(zé)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和計(jì)算中的某一項(xiàng)特定工作。這樣做的好處是代碼前后邏輯更為明確，程序結(jié)構(gòu)更為清楚，數(shù)據(jù)處理過(guò)程更為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，學(xué)習(xí)維護(hù)更加便捷。

2.4 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)

Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞工況較為惡劣，有“四高一低”的設(shè)備特點(diǎn)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾嚴(yán)重，干擾源眾多，主要有：機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)、電鈴、電加熱器等，為降低或消除這些設(shè)備引入的電磁干擾，最大限度降低干擾源對(duì)新測(cè)量系統(tǒng)的影響，必須從軟硬件兩方面來(lái)做工作。

2.4.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

1) 抗電源干擾處理。為提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，使用隔離變壓器和精密穩(wěn)壓電源，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)儀器設(shè)備和供電電源進(jìn)行隔離和穩(wěn)壓[9]。

2) 防I/O信號(hào)干擾處理。對(duì)于開(kāi)關(guān)量的輸入輸出，采用光電隔離或繼電器隔離措施。

3) 一次儀表信號(hào)選擇和處理。天平和傳感器輸出信號(hào)，盡可能采用大電壓輸出方式，并采取隔離濾波處理。

4) 接地處理。測(cè)量系統(tǒng)中接地是抑制干擾、提高系統(tǒng)工作可靠性的主要方法，在設(shè)計(jì)中采取接地和屏蔽相結(jié)合以解決大部分的干擾問(wèn)題。測(cè)量系統(tǒng)接地電阻小于0.4歐姆。

5) 布線要求。強(qiáng)弱電纜分開(kāi)布線，測(cè)量系統(tǒng)電纜全部采用雙絞屏蔽電纜。

2.4.2 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

1) 開(kāi)關(guān)量的抗干擾處理。新系統(tǒng)收發(fā)的開(kāi)關(guān)量多為方波脈沖方式，其干擾信號(hào)常為毛刺狀，附著于正常信號(hào)之上，該干擾信號(hào)雖然數(shù)量多頻率高，但作用時(shí)間非常短，因此可利用這一特點(diǎn)，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)建立延遲計(jì)時(shí)器將數(shù)字量脈沖寬度增加10～20 ms，只有當(dāng)輸入脈沖信號(hào)保持規(guī)定的時(shí)間，程序才認(rèn)為輸入的信號(hào)為有效信號(hào)，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。

2) 模擬量的抗干擾處理。采用數(shù)字濾波法，風(fēng)洞里常用算術(shù)平均值法，它對(duì)常見(jiàn)的隨機(jī)干擾有較好的效果，一般是通過(guò)在某一時(shí)刻對(duì)某模擬通道快速采樣8～100次取平均值來(lái)實(shí)現(xiàn)，采樣次數(shù)主要取決于實(shí)際所需的平滑度和靈敏度。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞測(cè)量系統(tǒng)研制完成后，經(jīng)過(guò)了軟硬件聯(lián)調(diào)、靜態(tài)測(cè)試、風(fēng)洞試驗(yàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試等性能檢驗(yàn)工作。具體情況如下：

3.3.1 靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試中主要是使用FLUKE5700標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)新系統(tǒng)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，一方面采用黑盒測(cè)試技術(shù)測(cè)試軟件功能，修復(fù)其缺陷；另一方面，用新軟硬件系統(tǒng)測(cè)量出這些電壓信號(hào)，并計(jì)算各通道綜合精度。靜態(tài)測(cè)試表明各模塊運(yùn)作正常，數(shù)據(jù)合格，各通道精度優(yōu)于0.05%。部分通道靜態(tài)校準(zhǔn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新研制的測(cè)量系統(tǒng)部分通道測(cè)量精度

3.3.2 標(biāo)模試驗(yàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試

新的測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)了HB-2標(biāo)模動(dòng)態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)馬赫數(shù)Ma=5、7、8、8、9，試驗(yàn)攻角α=-4°～14°，模型支撐機(jī)構(gòu)為五自由度機(jī)構(gòu)。

1) 重復(fù)性試驗(yàn)精度測(cè)試：表2給出了驗(yàn)證試驗(yàn)中某Ma的重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果(部分)，可以看出，各氣動(dòng)力系數(shù)的偏差都控制在天平的1倍靜校絕對(duì)誤差對(duì)氣動(dòng)力系數(shù)影響量范圍以內(nèi)，試驗(yàn)重復(fù)性精度較高，說(shuō)明新測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足精度需求。

2) 典型馬赫數(shù)試驗(yàn)測(cè)試：表3給出了改造前后某Ma下標(biāo)模(部分)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出測(cè)量系統(tǒng)改造前后CN、CA、Xcp等氣動(dòng)力系數(shù)隨攻角變化規(guī)律合理，氣動(dòng)力特性的一致性較好。

上述兩項(xiàng)測(cè)試說(shuō)明：系統(tǒng)改進(jìn)前后標(biāo)模測(cè)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合一致、規(guī)律合理，測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可以投入型號(hào)試驗(yàn)。

3.3.3 型號(hào)試驗(yàn)驗(yàn)證

截止目前，已使用新測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了各種類型飛行器試驗(yàn)一百多項(xiàng)，試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)一致性好，重復(fù)精度較高，符合國(guó)軍標(biāo)精度要求，滿足風(fēng)洞型號(hào)試驗(yàn)的需求。

表3 新測(cè)量系統(tǒng)同期重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果比較

表4 改造前后某馬赫數(shù)標(biāo)模數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)論

新研制的測(cè)量系統(tǒng)采用了主流的PXI模塊化儀器總線系統(tǒng)，并結(jié)合PC總線、人性化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集與處理軟件，取得了良好的效果，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該系統(tǒng)的應(yīng)用在一定程度上不僅提高了風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性和自動(dòng)化程度，而且提高了風(fēng)洞安全性、運(yùn)行效率和顧客滿意度，拓寬了Φ 0.5米高超聲速風(fēng)洞的綜合性能。

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DevelopmentandApplicationofMeasurementSystemBasedonPXIBusinΦ0.5MeterHypersonicWindTunnel

Huang Haoyu, Huang Hui, Ling Zhongwei,Zheng Qing

(High Speed Institute, China Aerodynamics Research amp; Development Center, Mianyang 621000, china)

Measurement system is a crucial equipment in the wind tunnel, its performance is important to the accuracy, reliability and operational efficiency of the wind tunnel test. In recent years, the original measurement system of the Φ 0.5 meter hypersonic wind tunnel revealed problems, such as accuracy declined, lack of generality, inconvenient for maintenance etc. And the system could not meet the increasingly complex demands of the wind tunnel test. In order to solve these problems, we established a new 64 channel measurement system based on PXI bus, the system is put in to use after strict test. The application of the new system improve the accuracy, reliability and automaticity of the data measurement, broaden the comprehensive performance of the Φ 0.5 meter hypersonic wind tunnel.

wind tunnel; measurement system; PXI bus; development

2017-03-10；

2017-03-31。

黃昊宇(1980-)，男，湖南岳陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事風(fēng)洞測(cè)控技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)09-0021-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.09.006

TP273

A