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航空器增壓艙功能性測試的新創意

The Challenge:
　　通過創新測試方法降低航空器密封性檢驗設備的投資成本。通過自動化過程控制增加測試結果的精度及數據的可靠性。
The Solution:
　　將電子設備用于綜合過程序列測試，由計算機控制測試裝置。測試系統從手工改為全自動化方法模式。數據測試的記錄及處理通過計算機核查。
　　"基于用戶開發V I 實現的低成本虛擬儀器系統具有高性價比。LabVIEW作為其中關鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環境在很大程度上縮短了系統開發時間。"
　　根據FAR 25.841 規范，飛行高度超過8,000 ft 的航天器必須進行壓力艙測試。直到目前這類測試都采用傳統方法。測試方法不能直接得到測試結果。參數需要手寫，并手工計算。
　　為了簡化測試步驟，提高測試數據的精度，我們開發了基于計算機及數據采集設備（DAQ）的測試方法。LabVIEW 被用于自動操作測試數據流及數據處理。該軟件應用提供了圖形化可視界面及測試結果的匯總。
系統概述
　　如上文提到，舊測試方法需要手工進行數據收集及分析，所以效率很低，測試性能完全取決于操作員。操作員在所有測試過程中需要手工操作、記錄數據、控制及監測測試。新測試方法實現了創新的自動化測試。我們改進了測試步驟，在單個集成系統中實現由計算機控制的數據采集及分析。
創新測試自動化過程的目標：
● 縮減測試設備的投資成本
● 簡化測試方法
● 自動化的測試及控制方法提高了測試的性能及精度
● 獨立控制系統監測能力
● 降低測試參數的誤讀
● 自動生成測試結果
● 基于Windows 的軟件控制應用
● 界面用戶友好
硬件實現
　　自動化泄漏測試設備的組成配置包括計算機、數據采集設備、電磁閥、氣源、壓力變送器及溫度變送器等。系統能夠精確、快速、自動地測量航天器增壓艙的特定泄漏區域等級。計算機及DAQ 設備用于處理過程控制序列測試及采集數據。控制裝置將狀態閥控制在相應值并從傳感器采集數據。泄露測試系統采用四通道DAQ設備。通道與傳感器及電磁閥相連，并包裹于電纜中。
　　測試過程首先壓縮艙體或被測單元，直至壓力達到特定值。艙體環境的壓力及溫度通過傳感器或變送器測量。變送器將測量值轉換成電流或電壓。
　　計算機處理由變送器及DAQ 設備采集的艙體壓力及溫度數據。當艙體壓力超過臨界值時，電磁閥將控制艙體壓力輸入的流量。圖1為測試系統的框圖示意。

　　　　　　　　　　　　　　　圖1.泄漏測試系統的框圖示意

軟件實現
　　泄漏測試系統采用DAQ 設備，通過LabVIEW 軟件編寫虛擬儀器（VI）實現完全控制。　LabVIEW 能夠控制DAQ 設備讀取模擬輸入信號（A/D 轉換），生成模擬輸出信號（D/A 轉換），并讀寫數字信號。電壓數據輸入計算機上的插入式DAQ 設備，并送到存儲器進行保存、處理。
我們在LabVIEW 圖形化編程環境下完成軟件開發，保證了軟件的高度模塊化及可擴展性。　LabVIEW 是層次式的，任何虛擬儀器都能快速轉換為模塊，作為另一個VI 的子模塊。我們將軟件整體配置成獨立的虛擬儀器，它包括了系統控制器、數據采集、及數據分析和顯示。
我們將七個VI 集成到最終的主VI 中，通過主VI 的圖形化用戶界面（GUI）（如圖2 顯示），用戶能夠觀察增壓艙的泄漏測試監測過程。在測試執行中，計算機顯示主LabVIEW VI 界面，該界面包括若干菜單：用戶認證、參數設置、輸出波形繪制等。測試通過時界面顯示“GO”，測試失敗則顯示“NO GO”。

　　　　　　　　　　圖2.圖形化用戶界面及結果顯示窗口
　　軟件測試的操作非常簡單。首先必須安裝測試設備，作為測試的配置。然后初始化參數或變量，如壓力、溫度、艙體容量、允許泄漏區域、及測試持續時間等。完成所有配置設定后便可開始測試。軟件功能包括系統控制及數據處理。軟件還能控制狀態閥、讀取傳感器數據、處理或分析采集數據。
　　為了能在計算機屏幕上監測測試狀態，GUI 顯示三個圖表：比率曲線、參照曲線、測量結果曲線。艙體泄漏區域值及所有測試過程的結果同樣可觀測。操作員在測試過程中無需記錄數據。
最終測試結果報告的打印很簡單，用戶可以輕松完成測試文檔。測量過程中用到的變量及測試結果都保存在磁盤上，數據以文本格式保存，可通過Excel 或文本編輯器打開。

　　　　　　　　　　　　　　表1.新、舊測試系統間的比較
系統性能
　　我們為自動化校驗開發的VI 能夠滿足所有需求。在達到不同功能性測試的精度要求同時，還在測試速度、成本、緊湊型等方面超越了舊測試系統。每個VI 完成數據的采集、度量，并與閾值進行比較。GO或NO GO標識控制在失敗事件時關閉電源，或在存儲測試結果后完成最終測試報告。上表中比較了舊測試系統及基于Vi 的新系統。
　　測試時間縮短的主要原因是能夠連續執行控制系統配置、數據采集和顯示及測試報告生成等步驟。
結論
　　基于用戶開發V I 實現的低成本虛擬儀器系統具有高性價比。LabVIEW作為其中關鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環境在很大程度上縮短了系統開發時間。
　　將本研究作為鋪墊，可在進一步軟硬件平臺開發中實現易修改的系統，甚至可集成其它類型測試或完成類似系統測試。

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