基于PXI的发射架动态参数测试系统
基于PXI的发射架动态参数测试系统
北京中科泛华测控技术有限公司孔国芳工程师
使用产品：美国NI公司 LabVIEW7.0,LabWINDOWS/CVI,PXI-1042,四块PXI-6115,PXI-PCI8330,PXI-4351及其电缆和接线端子等附件。
问题的挑战：采集与处理部分完全使用NI公司的软硬件开发一套用于对动态信号测试系统的应用方案。
介绍：综合动态参数测试系统主要用于完成对炮弹发射所产生的冲击波、前冲后坐力、温度、炮口扰动、振动和噪声等参数的测量，通过测试炮
弹对发射架的影响测出人们关心的参数，根据这些参数研究对应的处
理办法，试验检测的目的，就是对武器系统的安全性、可靠性以及武
器系统总体规定的定型参数指标进行考核和验证。
该系组成：
具有任何通用总线结构的计算机系统均可满足系统动态参数测试的要求，数据采集终端还是选择了NI—PXI总线系统结构。该系统主要由机箱、数据采集卡、工业控制计算机和总线连接桥等组成。系统结构示意图如图1所示。
图1.数据采集结构示意图
·机箱
使用PXI—1042机箱，1042机箱为8槽结构，本系统信号的转换调理直接采用了与传感器相配套的调理放大器。
·数据采集模块
数据采集板的选取主要考虑字长、转换速率、信道数和信号输入范围等，由数据采集引起的测量误差在接线正确，抗干扰正常情况下主要来自量化误差，而量化误差的大小取决于字长，但是，采集速度又与字长有关系。
在进行数据采集时，选择适当的采样间隔Δt是十分重要的。Δt过小数据量就很大，使系统工作速度降低，Δt过大，在进行数据采集时无法辨认信号中的某些高频分量，甚至将高频分量误认为是低频分量，使处理后的信号不能恢复原样，即产生信号畸变，为了避免混频现象的发生，在采集之前，武器发射系统总要对时域信号进行滤波，以满足限带条件，在系统采样信号中信号变化频率最快的为冲击波超压值。参照有关要求，冲击波频率f max=100kHz左右，为了避免混频，依据采样定理，fs≥2f max，即系统采样频率fs≥200kHz。在实际工作中一般要保证fs≥10f max。在保证系统的采样率的条件下，兼顾转换字长以减小量化误差。综合考虑选用12bit的A/D转换器是较适宜的，因为过长的转换字节势必要降低采集速率，对信号不失真的复现又带来不利因素。据此可选用批PXI-6115高速同步采集板，该采集模块适宜于瞬态信号的采集,主要性能指标满足后坐力信号、PSD输出信号、线振动加速度传感器信号和冲击波信号经过相配套的外部适调器调理后，输出的电压信号均在PXI-6115高速同步采集板要求的输入信号范围之内，这样可直接与采集模块接口。
由于温 度 信号的特殊性不需要高速同步采集，但是为传感器提供激励信号是必要的，因此，选用PXI-4351多功能模块，该模块集信号调理、数据采集于一体，专为温度测量（热电偶、RTD）及相关低频信号而设计，性能指标满足系统设计要求。
·总线连接器
MXI—3为总线连接器，它由三部分组成即：PXI—8330总线控制器、PC I总线控制器和连接线缆，系统机可以直接控制PXI系统机箱内的任何模块，同时完成数据的传输和存取，连接线采用铜缆，数据传输速率 。
·工控PC机系统
工控机主要完成：系统的操作管理、程序的运行、系统的控制、参数处理、功能的显示和数据的存储，按系统功能对工控PC机系统的要求，具有一般配置即可满足要求。
对系统规定要求进行程控的仪器，通过系统机配置的RS—232C串行通讯接口来完成。通过程控主要实现放大倍数的改变，无须进行数据的传输。
系统接口配置图如图2所示。
图2.数据采集终端配置结构图
该系统是以Labwindows/CVI为程序主结构，结合LabVIEW7的强大功能而开发的一套测试系统。
软件流程简图
整个测试程序是在Windows2000操作系统的支持下,采用winLabdows/CVI 开发平台开发的应用软件。winLabdows/CVI 具有： ·集成式C 语言开发工具；
·内置测量软件库；
·面向用户的开放式环境。
用户可以利用内装的程序库，完成数据采集，分析，显示等应用。winLabdows/CVI 具有功能强，速度快，应用灵活等特点。LabvIEW 为图形化的编程软件，各种界面功能较强，在Windows2000操作系统的支持下这两种软件可互相调用，将使系统程序结构更加完善合理。
软件采用模块化和开放式设计思想，为用户提供一个集成化的测试环境，整个程序从结构上可分为，采集控制程序和试后处理程序两部分。
各程序主要功能
·系统主要功能的选择；
板卡检查、通道检查、系统设置、系统标定、系统采集、数据处理、系统帮助。
·按类实现系统参数的标定，并给出标定结果，该结果被自动录用，也可以通过
界面给与修改，系统将录用并保存最后的一次操作结果；
·试验参数设置；
采样频率、采样时间、触发采样、采零点。
·试验信息设置
试验类型、地点、日期、地面温度、风速、风向、射角和方位角。
系统控制功能
系统初始化、零点监测、触发信息设置。
系统数据采集功能及技术指标
·16通道模拟信号的并行（同步）采集；
采集频率可以统一设定，采集频率最高10MHZ。
·6路温度信号的串行（异步）采集；
·采集总时间自行控制；
·每发弹的信息自动分割。
数据处理功能
·信号处理：
数字滤波，信号平滑，信号微分、积分等。
·信号分析；
时域分析、频域分析、方差分析、最大/最小值、均值、有效值等。
·物理量的求取。
给出每发弹的被测物理量主要信息。
屏幕显示
·试验结果原始数据显示；
·物理参数曲线的分类显示；
·单物理参数曲线的放大显示。
试验结果报表生成功能
具备试验结果报表生成、曲线输出功能。
·按照要求对振动、前冲后坐力、温度、炮口扰动等信号进行处理，按规定格式生成测试数据报告表；
·按照要求对冲击波信号进行处理，并按规定格式生成测试数据报告表； ·按照要求对噪声信号进行处理，按规定格式生成测试数据报告表。
为了得到被测参数的实际值，对测试信号进行分析后得到所需信号参数曲线，在该曲线的基础上可求取相应的参数值。通过数学运算求取其它参数时由于采用数字量的运算方法，不会再引入新的测量误差。
由于本系统试验的特殊性，在采集是采用单次采样的方法，完成规定时间的采样数据，基于这种模式我采用了使用二进制存盘方式，节约计算机的资源，使采集的数据能顺利存储。程序中为方便用户还设置了三种采样方式分别为立即采样，内触发采样和外触发采样，为了避免数据的丢失，还设置了预触发采样功能。
在数据处理方面由于数据量大，采用分批调入回放模式，用户通过光标选取有用数据进行分析处理，以解决资源不足的问题，使程序执行更流畅。
在报告生成方面利用NI报告生成工具包，充分利用OFFICE文档的优点，把数据直接生成WORD文档，解决用户报告特殊格式问题。
公司简介
北京中科泛华测控技术有限公司成立于1997年，是以现代测控技术和计算机技术为核心的测控系统产品销售、开发、集成专业技术公司，公司目前是美国国家仪器公司（National Instruments）在中国大陆的唯一代理商。1997年被北京市新技术产业开发试验区办公室命名为"新技术企业"。
多年来的发展使公司积累了丰富的工程经验，拥有了雄厚的技术实力。特别是在PXI总线系统技术和工程项目方面形成了自己的特色，成为推动中国PXI总线系统及技术发展的先锋，成功地将PXI总线系统技术应用于引擎检测、铁路行车、胶片质控等项目，并取得了很大的成功。同时公司在测控软件开发平台、GPIB产品、数据采集及信号调理产品、VXI总线系统、PXI总线系统、图像采集及分析产品、运动控制产品、工业现场总线以及环境试验设备等产品的推广与应用方面形成了自己的特色。在系统集成方面，公司依托多年的行业经验及极具实力的技术队伍为国内的多个客户开发和研制成功多套测试系统及测控项目，专业技术和客户管理水平有了很大的提高。同时我们不断地积累和丰富我们的工程经验，形成了具有特色的服务体系和技术队伍，系统集成领域拓展到包括了汽车、通讯、船舶、动力、飞机、航空、民用电子等多个领域。