航空接触件离位试验系统设计

刘显明 郭 旭 姜 雷

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

本测试系统的核心是基于PCI总线的虚拟仪器技术。虚拟仪器把计算机硬件和仪器硬件的组合为其通用的硬件平台，它通过计算机软件设计，将计算机的核心硬件以及各大外围总线与仪器硬件有机结合，并且把计算机强大的数据处理能力、较快的控制速度与仪器硬件的数据采集与处理等功能紧密结合在了一起。操作者只需要在计算机软件界面中，就可以对仪器硬件进行相关控制，并对仪器硬件进行快速的读写数据操作和数据处理操作。总的来说，虚拟仪器技术就是以高性能的模块化硬件基础，把高效灵活的计算机作为平台，来完成各种测试、测量和自动化控制。

1 系统结构设计

机柜采用碳钢型材支架结构，由工控机控制单元、仪表控制单元、子模块工作台、安全防护单元以及人机交互单元等组成。

工控机控制单元的核心为一台研华高性能工控机，用于处理采集和处理测试数据，并监测系统地运行状态与执行流程；仪表控制单元主要包括用于检测电连接器接触件的瞬断现象；子模块工作台面向不同的测试对象而设计，包括对被测件的定位与夹紧以及机械传动装置等，保证测量系统获得良好的信号检测；安全防护单元主要保护操作人员的人身安全；人机交互单元包括显示屏、启动控制按钮、状态指示灯以及鼠标键盘等，实现操作人员与测试系统的信息交互。

2 接触件离位试验模块

接触件离位试验指将接触件压接合适尺寸的胶合钢缆并装入电连接器，固定到转盘边缘，通过滑轮附加一个13.3N的重物，然后再步进电机的转动下进行360度循环，在该过程中测试电连接器信号的瞬时通断。

转盘上将有连接器转接板，对于不同的连接器，该转接板的连接器安装孔位置不一样，以适应换型的需要，转盘与电机之间配以固定滑环，以指针相连，用于导出电信号，配合瞬断测试仪检测被试件的性能。

3 电气控制系统设计

系统基于PCI总线和LabVIEW软件实现系统的测量与控制功能。系统具有虚拟仪器控制和信号调理功能。工控机实现对虚拟仪器的控制，完成测量过程和测试结果的显示，同时实时监测系统的运行状态，根据数字I/O的状态反馈来实现伺服系统的动作控制等。工控机提供操作系统和控制软件的运行环境，通过显示器、键盘、鼠标等人机交互界面、接口完成人和设备间的信息交互

3.1 伺服系统。伺服系统选用欧姆龙公 司OMNUC G5系 列R88M-K20030HBOS2-Z伺服电机和相应的R88DKT02H-Z伺服驱动器，该伺服系统除位置控制、速度控制、转矩控制外，还可进行全闭环控制，电机容量200W，输入电源AC200V，电机标准配备高分辨率的20位增量型编码器。作为增益调整功能，配备实时自动调谐功能与自适应滤波器功能，也可自动进行复杂的增益调整。此外，还可对用于减少动作中机械共振的陷波滤波器进行自动设定，从而可减少机械振动。另外，该伺服系统还配备抑振控制功能，负载刚性低、会振动的机构可稳定停止，完全满足接触件离位试验的使用要求和环境要求。

3.2 瞬断测试仪。为了检测电连接器在接触件离位试验时的电气性能，采用日本NAC公司的瞬断检测仪NM-11B监测点连接器处的电连接性，验证瞬断时间是否符合产品标准规定要求。该仪器可设定瞬断时间，用作电连接器及其组件进行振动、冲击、碰撞等动载荷环境试验时的监测仪，可根据产品标准规定的试验条件，由用户设定作为合格判据的监测瞬断时间为0.1～99.9μs，监测瞬断时间是否符合产品标准规定要求。该仪器设有10个独立的数字和灯光显示窗口，可连续监测10个平行回路瞬断时间，并可多台并联，增加监测回路数。

NM-11B瞬断仪参数指标： 检查电压：DC3.3V±5%； 检 查 电 流：100mAmax；判定电阻：33Ω±10%/@25℃；检查范围：0.1μsec～99.9μsec；检查准确度：±0.1μsec/@25℃；容许电容量：100pF以下。

3.3 多功能数据采集卡。采用美国NI公司的M系列NI6281数据采集卡，该型号采集卡集成了模拟输入、模拟输出、计数器/定时器和数字I/O。M系列使用新型的高速数字隔离器，消除接地回路以及抑止高共模电压，提供更好的精确性和安全性。

NI6281数采卡参数指标：支持USB、PCI总线；模拟输入：16单端/8差分；采样率：625kS/s；输入分辨率：18bit；模拟输出：2路；输出分辨率：16bit；更新率：2.86MS/s；DIO：24DIO；计数器：2路；支持Windows7/Vista/XP/2000操作系统；兼容LabVIEW等多种软件。

4.软件设计

4.1 开发环境。软件设计开发环境为LabVIEW，LabVIEW是NI公司的可视化、跨平台并使用图标代替文本行创建应用程序的虚拟仪器开发平台。LabVIEW广泛支持各种仪器硬件的驱动，包含大量内置和拓展的函数库，并且均形象地表现为图形化编程语言函数。它可以提供直观明了的图形化开发环境，开放且符合工业标准的软件，内置编译器加快运行速度，多平台兼容，可与大量硬件接口（I/O）紧密结合。软件基于成熟的模块设计，具有参数设置、试验控制、数据管理和使用帮助等功能。

4.2 结构功能：（1）用户管理。按权限不同把用户分为管理员和操作员两类。管理员不仅能够进行操作，还能够进行用户管理的操作等；操作员只能进行一般操作。（2）参数设置：根据试验要求进行系统参数的设置。（3）操作控制：可进行试验的具体操作控制，主要是电机控制和数据采集等功能。（4）数据管理：实现对试验项目信息、采集的数据等必要数据进行记录、保存、提取等功能。（5）使用帮助：指导和提示用户进行正确的操作和必要的日常维护。

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