樊綱旗，王 凱，韓 冰，董 瑾

（中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，陜西西安 710089）

0 引言

電源系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)的一個(gè)重要組成部分，其作用是向飛機(jī)上所有的用電設(shè)備（如飛行控制系統(tǒng)、各種電子設(shè)備、照明、防冰設(shè)備、生活設(shè)施等）提供電能，為用電設(shè)備的正常工作提供條件，保證飛機(jī)的安全飛行和完成運(yùn)輸作戰(zhàn)任務(wù)。隨著新型電源（變頻交流電源和高壓直流電源）的廣泛應(yīng)用，未來(lái)飛機(jī)生產(chǎn)制造階段面對(duì)電源與其他系統(tǒng)兼容性和負(fù)載匹配性的故障將會(huì)頻頻發(fā)生，機(jī)上排故挑戰(zhàn)較大，因此亟需研制一種便攜式航空電源參數(shù)測(cè)試裝置，以確保電源系統(tǒng)功能和性能符合質(zhì)量要求。

1 硬件測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)載電源系統(tǒng)的測(cè)試需求，系統(tǒng)建立以便攜式計(jì)算機(jī)為核心的測(cè)試平臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)配備高速數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理卡、電流傳感器以及相應(yīng)的配套線纜等，組成完整的測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái)。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)配置16 個(gè)同步采集通道，可以同步采集10 個(gè)通道電壓（額定電壓為0～115 VAC、0～270 VDC）、6 個(gè)通道交流/直流電流（電流測(cè)量范圍為0～200 A）。

（2）計(jì)算機(jī)采用高性能便攜加固計(jì)算機(jī)，2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCIe 擴(kuò)展槽，為適應(yīng)機(jī)上測(cè)試環(huán)境，內(nèi)置100 Wh 智能鋰電池。

（3）兩塊高性能數(shù)據(jù)采集卡PCIe-6376，每塊板卡8 個(gè)同步采集通道，每通道采樣速度3.5 MS/s，兩塊板卡16 個(gè)通道完全同步采集，同步精度達(dá)到納秒級(jí)，性能優(yōu)于國(guó)軍標(biāo)電壓參數(shù)數(shù)據(jù)評(píng)估的要求。

（4）電壓測(cè)量通道通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊的差分電路進(jìn)行信號(hào)衰減，經(jīng)信號(hào)調(diào)理卡進(jìn)行信號(hào)變換后，輸入到數(shù)據(jù)采集卡，其輸入電壓峰值達(dá)600 V，可適應(yīng)未來(lái)機(jī)載230 V 倍壓變頻電源系統(tǒng)應(yīng)用需求。

（5）電流測(cè)量通道選用200 A 閉環(huán)霍爾電流傳感器，具有較高的精度，其供電和測(cè)試信號(hào)線采用三芯屏蔽線，輸出信號(hào)為電流信號(hào)，提高遠(yuǎn)程傳輸?shù)目垢蓴_性能。

（6）所有被測(cè)信號(hào)均采用屏蔽雙絞線接入到測(cè)試系統(tǒng)，以提高抗干擾能力。

2 軟件測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)（圖2）

圖2 測(cè)試軟件流程

2.1 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件選擇LabVIEW 測(cè)試軟件開發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用程序的主要功能模塊包括程序調(diào)度管理、系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集記錄、數(shù)據(jù)處理、供電品質(zhì)分析等。

（1）程序調(diào)度管理模塊。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，首先出現(xiàn)的是主控制模塊界面。主界面是一個(gè)總的控制模塊，它運(yùn)行時(shí)一直在循環(huán)等待數(shù)據(jù)的輸入，程序不停地掃描模塊前面板上的按鈕，當(dāng)有按鈕被按下時(shí)程序就執(zhí)行該按鈕所對(duì)應(yīng)的子程序模塊，當(dāng)每個(gè)子模塊執(zhí)行完成后就退回到主界面上，等待下一個(gè)測(cè)試任務(wù)。它也可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)測(cè)試任務(wù)。

（2）系統(tǒng)配置模塊。在數(shù)據(jù)采集之前，測(cè)試軟件需要讀取測(cè)試通道信息，安裝測(cè)試軟件后首次運(yùn)行時(shí)需要讀取配置通道信息，測(cè)試通道信息存儲(chǔ)于測(cè)試軟件安裝目錄的下面，配置信息包括測(cè)試點(diǎn)名稱、通道名稱、測(cè)試通道增益與偏移量、測(cè)試板卡通道名稱等。在系統(tǒng)擴(kuò)展或測(cè)試通道變更后，可以增加或修改相應(yīng)的測(cè)試板卡通道對(duì)應(yīng)關(guān)系，在計(jì)量時(shí)可以根據(jù)需要變更測(cè)試通道增益與偏移量參數(shù)。可以保存當(dāng)前的通道配置信息，在彈出的保存對(duì)話框中選擇保存路徑即可，點(diǎn)擊“讀取”按鈕可以讀取已保存的通道配置信息。

（3）數(shù)據(jù)采集記錄模塊。根據(jù)所選擇的采集通道，實(shí)時(shí)采集并記錄通道波形，便于事后數(shù)據(jù)分析。

（4）數(shù)據(jù)處理模塊。讀取存儲(chǔ)的采樣數(shù)據(jù)，快速回放所記錄的數(shù)據(jù)，并能設(shè)置光標(biāo)等，讀取時(shí)間、幅值信息。

（5）供電品質(zhì)分析模塊。在數(shù)據(jù)回放的基礎(chǔ)上，根據(jù)所分析的信號(hào)特性，按照GJB 181—2012《飛機(jī)供電特性》及對(duì)變頻和高壓直流系統(tǒng)的要求，分析所選擇的電氣參數(shù)。

2.2 顯示分析界面

顯示分析界面分為5 部分，分別為交流穩(wěn)態(tài)、交流瞬態(tài)、直流穩(wěn)態(tài)、直流瞬態(tài)、數(shù)據(jù)采集配置。每個(gè)界面由數(shù)據(jù)回放區(qū)、數(shù)據(jù)結(jié)果顯示區(qū)和控制按鈕組成，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性顯示分析界面如圖3 所示。

圖3 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性顯示分析界面

3 技術(shù)創(chuàng)新

（1）本測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)變頻電源的基波頻率是360～800 Hz，以往應(yīng)用于恒頻電源系統(tǒng)畸變系數(shù)和畸變頻譜測(cè)試的模擬基波帶阻濾波器難以適應(yīng)這種基波頻率的變化，本項(xiàng)目采用高精度的采集板卡，軟件內(nèi)部?jī)?nèi)置數(shù)字濾波方法，用以自適應(yīng)變頻系統(tǒng)的基波頻率的變化。

（2）本測(cè)試系統(tǒng)軟件采樣率最大可支持到2 M/s，穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè)試與瞬態(tài)參數(shù)測(cè)試都可以已最大采樣率進(jìn)行采集并分析，滿足交流/直流畸變頻譜可顯示所有諧波和非諧波分量的要求。

4 結(jié)論與展望

電源系統(tǒng)作為飛機(jī)的一個(gè)重要系統(tǒng)，與飛機(jī)上的所有系統(tǒng)都有交聯(lián)關(guān)系，現(xiàn)階段在飛機(jī)生產(chǎn)制造階段由于測(cè)試可達(dá)性、缺乏相應(yīng)測(cè)試技術(shù)、缺乏相應(yīng)測(cè)試設(shè)備等多方面因素，在故障排查時(shí)耗費(fèi)大量時(shí)間精力，甚至部分典型故障在生產(chǎn)階段無(wú)法及時(shí)定位，研制的便攜式航空電源參數(shù)測(cè)試裝置可有效解決上述測(cè)試難題。