基于LabWindows/CVI的某折叠翼测试系统设计

张瑞 魏志刚 刘怀勋

摘要： 针对某型精确制导炸弹折叠翼组件的设计原理和展开性能测试需求， 提出了测试系统方案及设计流程。 本文详细阐述了LabWindows/CVI环境下， 使用数据采集卡及红外光电传感器所涉及的软件编程、 数据采集及存储、 传感器外围电路设计等关键技术。 研制的测试设备经过软硬件调试， 满足了系统测试指标要求， 具有测量时间准确、 操作简单、 可靠性高、 安装维护方便等特点， 并已成功应用于新型号研制。

关键词： LabWindows/CVI； 折叠翼； PCI-1710采集卡； 测试

中图分类号： TJ760.6文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2018）04-0100-05

0引言

折叠翼组件是新一代防区外精确制导滑翔炸弹的重要组成部分。 带折叠翼组件的制导滑翔炸弹具有运输储存方便、 对载机的适应性强、 包装箱尺寸小等优点。 目前折叠机构主要应用于战术导弹和滑翔炸弹[1]， 如国内的“飞腾”系列滑翔弹、 美国“钻石背”等。

折叠翼的展开性能测试对折叠翼的设计及改进具有重要意义， 国内不少学者对此进行了相关研究。 蔡国华[2]对战术导弹折叠翼展开性能测试技术进行了介绍， 并进行了相关的实验。 胡明等[3] 基于折叠翼展开机构的工作原理和功能需求， 确定了折叠翼展开机构性能参数测试方法， 完成了测试装置的设计及原理样机研制。 韩雪峰等[4]为得到优化的飞行器折叠翼机构， 对折叠翼的展开性能进行了实验。

本文在分析了折叠翼机构工作原理基础上， 针对某型折叠翼测试系统展开时间功能的需求， 对测试系统进行了方案设计和软硬件研制， 满足了产品的测试要求。

1折叠翼展开机构工作原理及现有展开时间测量技术

1.1折叠翼展开机构工作原理及测试要求

折叠翼展开机构简图如图1所示。 发火装置接到发火信号后， 引燃燃气作动筒内的燃气药， 燃气药燃烧产生高温、 高压气体， 气体膨胀做功， 推动活塞， 活塞杆推动连杆机构， 带动折叠翼展开， 直至限位块锁紧。

待测试折叠翼具有以下特征： 每片机翼的展开角度为90°， 展开过程总用时在700 ms以内， 展开过程迅速， 展开时对机构的冲击力大， 折叠翼机构外形复杂。

1.2现有展开时间测量技术

（1） 接触开关法[2]。 在折叠翼未展开时， 电路处于导通状态， 折叠翼开始旋转后， 电路断开， 电路电压产生一个上升沿； 当展开到位后， 电路再次导通， 电路电压将产生一个下降沿， 这样就构成了一个方波信号。 用信号分析仪记录下這一方波信号， 读出信号时间宽度即可。

（2） 增量式光电编码器测量[3]。 增量式光电编码器的分辨率由其在码盘上缝隙的多少决定， 缝隙越多分辨率越高。 在工业应用中， 根据不同的应用对象， 可选择不同的分辨率， 分辨率越高价格越昂贵。 使用时， 要使旋转编码器中心轴与折叠翼旋转中心轴重合， 安装要求高。

（3） 高速摄像机测试折叠翼展开时间[4]。 高速摄像机能够以每秒1 000～10 000帧的速度记录一个动态的图像。 这样每张图片的间隔时间为0.1～1 ms， 完全满足对折叠展开时间的测试需求。 高速摄像机价格昂贵， 拍摄时还需要大功率的照明设备辅助。

航空兵器2018年第4期张瑞， 等： 基于LabWindows/CVI的某折叠翼测试系统设计（4） 绝对式压电晶体传感器与信号分析仪配套测量法[5]。 将压电晶体加速度传感器固定于折叠翼上， 在折叠翼展开的整个过程中， 加速度传感器将输出模拟电压信号， 用信号分析仪记录信号变化曲线， 找出展开开始点与展开结束点的时间间隔即可。

2测试系统硬件设计

通过对现有测试展开时间技术的比较， 综合考虑测试需求、 成本、 安装使用难易程度等， 最终选择用光电传感器来测试展开时间的技术方案。

2.1测试系统

该测试系统由工控机、 电源模块、 信号调理电路、 测试电缆、 测控软件等组成， PCI-1710多功能数据采集卡安装于工控机内[6-7]。 测试系统主要用于折叠翼的点火实验， 检验折叠翼产品是否合格、 性能是否可靠。 测试系统展开时间测量误差允许值小于10 ms。

工控机、 折叠翼、 光电传感器用电缆连接， 光电传感器安装在折叠翼展开后翼面的边沿位置， 并用专用支架固定。 这样使翼面展开后， 能恰好遮挡住光电传感器发射端发出的红外信号。 工控机发出点火信号， 折叠翼旋转90°后展开， 翼面遮挡发射端的红外光电信号， 传感器接收端此时接收不到红外信号， 产生电压跳变信号， PCI-1710采集卡实时采集传感器接收端电压信号[8-9]， 工控机检测到跳变信号， 以发出点火信号为展开时间起点， 以检测到传感器跳变信号为展开时间终点， 计算出折叠翼展开时间。 系统测试原理示意图如图2所示， 系统信号流向图如图3所示。

2.2PCI-1710多功能数据采集卡

PCI-1710是一款PCI总线的多功能数据采集卡。 其具有五种最常用的测量和控制功能：12位A/D转换、 D/A转换、 数字量输入、 数字量输出及计数器/定时器功能[10]。 该卡支持V2.1版本的PCI总线规范， 所有与总线相关的设置均由软件自动完成。 输入方式有单端、 双端及混合等。 PCI-1710数据采集卡完全能够满足方案的使用要求。

方案选择红外光电传感器模拟量输入， 选定3号端口作为红外模拟信号的输入端口。 数据采集卡采样频率设定为4 000 Hz。

2.3对射型红外光电传感器

方案选用NPN常开M18对射式光电传感器。 传感器工作电压6～36 V。 传感器响应时间小于2.5 ms， 满足测试要求。 传感器参数见表1。 传感器为对射式， 不会影响到折叠翼本身的工作过程， 安装要求低， 使用方便。

2.4方案電路设计

方案电路使用28 V电源供电。 PCI-1710数据采集卡的模拟信号最大采集电压是10 V， 红外传感器工作电压范围6～36 V， 工作电流小于200 mA， 因此采用串联3个60 kΩ电阻分压。 模拟信号采集点设置在靠近地线第一个电阻前端， 电压理论计算约9.3 V。 红外传感器电路示意图如图4所示。

3测试系统软件设计

系统测试软件包括光电传感器的信号采集、 信号滤波、 展开时间计算显示等模块[11]。 测试展开时间程序基本流程如图5所示。

3.1数据采集模块

PCI-1710数据采集卡在LabWindows/CVI平台软件编程流程如图6所示。

部分代码如下：

（1） 数据采集卡采用中断方式进行数据采集。

（2） 设置数据采集通道， 并存储数据。

设备监测到的光电传感器下降沿信号如图7所示。

3.2展开时间计算显示模块

软件计算展开时间的起点为测试软件向点火继电器发出点火命令时刻， 终点为软件收到PCI-1710数据卡采集到光电传感器输出信号的跳变的时刻。 系统使用NUMERIC控件来显示展开时间。

3.3判断光电信号及滤波算法模块

4结论

本文针对某型折叠翼测试展开时间的需求， 设计了合适的测试系统方案。 测试系统已通过验收， 并应用于折叠翼的点火实验。 应用表明， 展开时间测试准确、 工作稳定、 安全可靠， 为折叠翼的研制提供了展开时间的数据依据， 具有较强的应用价值。

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Abstract： Aiming at the design principle and unfolding performance test requirements of guided bombs folding wings， the design process and scheme of system are proposed. Some key technologies， such as programming of the systems software， data capture， data storage， data processing， peripheral circuit design of sensor using data acquisition card and infrared sensor， are expatiated under LabWindows/CVI environment. After debugging the hardware and software， the system meets the requirements of testing folding wings successfully. The system has the advantages of accurate measuring time， simple operation， high reliability， convenient installation and maintence. It has been successfully applied to the development of new product.

Key words： LabWindows/CVI； folding wings； PCI1710 data acquisition card； testing