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Author(s):
Chris Koehler - G Systems
Industry:
Aerospace/Avionics
Products:
Signal Conditioning, LabVIEW, Data Acquisition
The Challenge:
提供一個系統(tǒng)，在飛行中的直升機(jī)上進(jìn)行可變通道數(shù)目和傳感器類型的數(shù)據(jù)采集。
The Solution:
開發(fā)一個可配置的LabVIEW應(yīng)用，以采集來自SCXI模塊和其他DAQ板卡的調(diào)理后的信號。
"我們利用SCXI和LabVIEW，開發(fā)了一個高度可配置的、易于使用的數(shù)據(jù)采集工具，用于直升機(jī)飛行中的數(shù)據(jù)測量。"
一個支持不同輸入信號的靈活系統(tǒng)
我們公司——全球直升機(jī)技術(shù)有限公司（GHTI）位于得克薩斯州的阿靈頓市，為商用直升機(jī)提供了各種服務(wù)，如引擎集成工具集的升級、認(rèn)證和供應(yīng)。我們通過測量如振動、機(jī)械張力和引擎溫度等數(shù)值，力圖在飛行過程中表征一個飛行器的物理行為。為改善其現(xiàn)有的測量系統(tǒng)，我們與G系統(tǒng)公司簽訂合同，利用NI軟硬件開發(fā)一個新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。Huey T53-703 就是使用GHTI 新的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的直升機(jī)代表。
該系統(tǒng)要求對不同類型的輸入信號、采樣速率和硬件配置進(jìn)行靈活的設(shè)置。通常，我們無法在單次測試飛行中獲得所有需要的測量結(jié)果，因此，我們必須進(jìn)行多次飛行，每次有不同的測量重點。一個最初的飛行或許關(guān)注于振動的高速測量，而第二次飛行或許監(jiān)測溫度、張力和加速度。通道數(shù)可以在少于十到數(shù)百的范圍內(nèi)變化，而采集速率可以高達(dá)20kHz。由于直升機(jī)的空間非常寶貴，因此，我們不得不使硬件盡可能小而緊湊。同時，我們的軟件應(yīng)生成二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，并提供一種方式在飛行完成之后快速瀏覽數(shù)據(jù)，以驗證數(shù)據(jù)的完整性。
從地面進(jìn)行控制的空中測試
為支持高通道數(shù)與各種信號類型，我們選擇一個SCXI系統(tǒng)以及多個獨立的DAQ板卡。我們采用具有高端CPU和大空間RAM的標(biāo)準(zhǔn)PC。我們選擇LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境，以方便地在單個應(yīng)用中構(gòu)建數(shù)據(jù)采集兼容性、文件I/O 和分析功能。該應(yīng)用檢測所安裝的數(shù)據(jù)采集板卡和SCXI模塊，并相應(yīng)地更新顯示。我們可以加載保存的通道配置，并根據(jù)需要創(chuàng)建新的配置。當(dāng)先前保存的配置與當(dāng)前的硬件組合不匹配時，該程序會給出通知信息。我們可以為這一單次應(yīng)用輸入刻度信息、注釋和信號調(diào)理參數(shù)。
為了滿足空間需求，我們在飛行測試中沒有使用監(jiān)視器和鍵盤。實際上，我們使用一個小尺寸的基于串口的遠(yuǎn)程控制單元，以執(zhí)行飛行中的啟動測試與停止測試的基本功能。該單元還提供了關(guān)于采集狀態(tài)（包括當(dāng)前記錄數(shù)、錯誤信息和剩余硬盤空間）的反饋。該控制器具有四行20 個字符和16 個可編程的功能鍵，并使用標(biāo)準(zhǔn)的RS232 協(xié)議。我們可以自行標(biāo)注這些功能鍵，并對其進(jìn)行編程，使其壓下時發(fā)出蜂鳴聲或一個字符串。在本項目中，我們指定測試開始、測試停止和請求剩余磁盤空間的按鈕。
當(dāng)我們完成測試配置，該應(yīng)用立即為數(shù)據(jù)采集做好準(zhǔn)備。該應(yīng)用等待GUI上的一次鼠標(biāo)點擊或來自控制器的一次按鈕，以開始數(shù)據(jù)采集。如果計算機(jī)因為任何原因而重新啟動，它會自動地重新開始該應(yīng)用，加載最近使用的配置，并以同樣的方式做好數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備。當(dāng)該應(yīng)用可以再次開始數(shù)據(jù)采集時，遠(yuǎn)程控制器通過蜂鳴聲和信息提醒用戶。
與傳感器數(shù)據(jù)同步的實時音頻信號
該應(yīng)用在飛行中產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，以加速文件I/O并節(jié)省硬盤空間。在地面上，我們通過后續(xù)分析屏幕查看文件，以驗證我們可以使用所采集的數(shù)據(jù)。然后，我們將文件直接導(dǎo)入到一個第三方程序進(jìn)行后續(xù)分析。該應(yīng)用在飛行中記錄原始電壓或通道數(shù)等數(shù)據(jù)，并在飛行后將其轉(zhuǎn)換為工程單位（赫茲、華氏溫度或其他）。我們在飛行完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以充分利用所有飛行中采集到的數(shù)據(jù)資源。通過將所有不必要的計算推遲至測試完成，我們可以實現(xiàn)最高的可能數(shù)據(jù)采集速率。
通常，我們指定模擬輸入通道中的一條通道作為音頻輸入。我們利用該通道記錄導(dǎo)航員關(guān)于自己所執(zhí)行的操作的評論。分析過程中的數(shù)據(jù)解碼更為方便，因為我們可以實時回放音頻信號與傳感器信號。在音頻回放的同時，后續(xù)分析屏幕上光標(biāo)掃過數(shù)據(jù)。音頻數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)換為一個.WAV文件，因此我們即使在沒有LabVIEW應(yīng)用程序的情況下，也可以進(jìn)行回放。我們可以記錄任何頻率的音頻信號，但當(dāng)頻率低于8 kHz時聲波質(zhì)量開始下降。該應(yīng)用對波形進(jìn)行內(nèi)插處理的速率將其提高到8 kHz（或者更高，如果可能），以創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn).WAV 文件。
我們利用SCXI和LabVIEW，開發(fā)了一個高度可配置的、易于使用的數(shù)據(jù)采集工具，用于直升機(jī)飛行中的數(shù)據(jù)測量。該系統(tǒng)可以支持任意組合的可用硬件，并可以擴(kuò)展吸納新的硬件。單個應(yīng)用提供了到工程單位的轉(zhuǎn)換、快速察看數(shù)據(jù)的能力和音頻回放的功能。與先前系統(tǒng)的性能相比，該系統(tǒng)所采用的方法在更少的時間內(nèi)為GHTI提供了更好的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)獲得的測量數(shù)據(jù)為表征和改進(jìn)該公司的現(xiàn)有飛行器提供了寶貴信息。
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