泄漏測試系統的框圖示意

　　The Challenge:

　　通過(guò)創(chuàng )新測試方法降低航空器密封性檢驗設備的投資成本。通過(guò)自動(dòng)化過(guò)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(guò)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(dòng)化方法模式。數據測試的記錄及處理通過(guò)計算機核查。

　　"基于用戶(hù)開(kāi)發(fā)V I 實(shí)現的低成本虛擬儀器系統具有高性?xún)r(jià)比。LabVIEW作為其中關(guān)鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動(dòng)化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環(huán)境在很大程度上縮短了系統開(kāi)發(fā)時(shí)間。"

　　根據FAR 25.841 規范，飛行高度超過(guò)8,000 ft 的航天器必須進(jìn)行壓力艙測試。直到目前這類(lèi)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(xiě)，并手工計算。

　　為了簡(jiǎn)化測試步驟，提高測試數據的精度，我們開(kāi)發(fā)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(dòng)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(jìn)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(guò)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(shí)現了創(chuàng )新的自動(dòng)化測試。我們改進(jìn)了測試步驟，在單個(gè)集成系統中實(shí)現由計算機控制的數據采集及分析。

　　創(chuàng )新測試自動(dòng)化過(guò)程的目標：

　　● 縮減測試設備的投資成本

　　● 簡(jiǎn)化測試方法

　　● 自動(dòng)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(dòng)生成測試結果

　　● 基于Windows 的軟件控制應用

　　● 界面用戶(hù)友好

　　硬件實(shí)現

　　自動(dòng)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(dòng)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(guò)程控制序列測試及采集數據?？刂蒲b置將狀態(tài)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(guò)程首先壓縮艙體或被測單元，直至壓力達到特定值。艙體環(huán)境的壓力及溫度通過(guò)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(guò)臨界值時(shí)，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(shí)現

　　泄漏測試系統采用DAQ 設備，通過(guò)LabVIEW 軟件編寫(xiě)虛擬儀器（VI）實(shí)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(xiě)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(jìn)行保存、處理。

　　我們在LabVIEW 圖形化編程環(huán)境下完成軟件開(kāi)發(fā)，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(gè)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(gè)VI 集成到最終的主VI 中，通過(guò)主VI 的圖形化用戶(hù)界面（GUI）（如圖2 顯示），用戶(hù)能夠觀(guān)察增壓艙的泄漏測試監測過(guò)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(hù)認證、參數設置、輸出波形繪制等。測試通過(guò)時(shí)界面顯示“GO”，測試失敗則顯示“NO GO”。

圖2.圖形化用戶(hù)界面及結果顯示窗口

　　軟件測試的操作非常簡(jiǎn)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(shí)間等。完成所有配置設定后便可開(kāi)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(tài)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(tài)，GUI 顯示三個(gè)圖表：比率曲線(xiàn)、參照曲線(xiàn)、測量結果曲線(xiàn)。艙體泄漏區域值及所有測試過(guò)程的結果同樣可觀(guān)測。操作員在測試過(guò)程中無(wú)需記錄數據。

　　最終測試結果報告的打印很簡(jiǎn)單，用戶(hù)可以輕松完成測試文檔。測量過(guò)程中用到的變量及測試結果都保存在磁盤(pán)上，數據以文本格式保存，可通過(guò)Excel 或文本編輯器打開(kāi)。

表1.新、舊測試系統間的比較

　　系統性能

　　我們?yōu)樽詣?dòng)化校驗開(kāi)發(fā)的VI 能夠滿(mǎn)足所有需求。在達到不同功能性測試的精度要求同時(shí)，還在測試速度、成本、緊湊型等方面超越了舊測試系統。每個(gè)VI 完成數據的采集、度量，并與閾值進(jìn)行比較。GO或NO GO標識控制在失敗事件時(shí)關(guān)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(shí)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(hù)開(kāi)發(fā)V I 實(shí)現的低成本虛擬儀器系統具有高性?xún)r(jià)比。LabVIEW作為其中關(guān)鍵，提供了測試設備中集成的DAQ硬件及自動(dòng)化的測試計劃和文檔。LabVIEW 靈活、友好的圖形化編程環(huán)境在很大程度上縮短了系統開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　將本研究作為鋪墊，可在進(jìn)一步軟硬件平臺開(kāi)發(fā)中實(shí)現易修改的系統，甚至可集成其它類(lèi)型測試或完成類(lèi)似系統測試。