发布日期：2022/1/26

产品:
信号调理, LabVIEW, 数据采集

挑战:
提供一个系统，在飞行中的直升机上进行可变通道数目和传感器类型的数据采集。

解决方案:
开发一个可配置的LabVIEW应用，以采集来自SCXI模块和其他DAQ板卡的调理后的信号。

一个支持不同输入信号的灵活系统

     我们公司——全球直升机技术有限公司（GHTI）位于得克萨斯州的阿灵顿市，为商用直升机提供了各种服务，如引擎集成工具集的升级、认证和供应。我 们通过测量如振动、机械张力和引擎温度等数值，力图在飞行过程中表征一个飞行器的物理行为。为改善其现有的测量系统，我们与G系统公司签订合同，利用NI 软硬件开发一个新型数据采集系统。Huey T53-703 就是使用GHTI 新的数据采集系统的直升机代表。

     该系统要求对不同类型的输入信号、采样速率和硬件配置进行灵活的设置。通常，我们无法在单次测试飞行中获得所有需要的测量结果，因此，我们必须进行 多次飞行，每次有不同的测量重点。一个最初的飞行或许关注于振动的高速测量，而第二次飞行或许监测温度、张力和加速度。通道数可以在少于十到数百的范围内 变化，而采集速率可以高达20kHz。由于直升机的空间非常宝贵，因此，我们不得不使硬件尽可能小而紧凑。同时，我们的软件应生成二进制数据文件，并提供 一种方式在飞行完成之后快速浏览数据，以验证数据的完整性。

从地面进行控制的空中测试

     为支持高通道数与各种信号类型，我们选择一个SCXI系统以及多个独立的DAQ板卡。我们采用具有高端CPU和大空间RAM的标准PC。我们选择 LabVIEW作为开发环境，以方便地在单个应用中构建数据采集兼容性、文件I/O 和分析功能。该应用检测所安装的数据采集板卡和SCXI模块，并相应地更新显示。我们可以加载保存的通道配置，并根据需要创建新的配置。当先前保存的配置 与当前的硬件组合不匹配时，该程序会给出通知信息。我们可以为这一单次应用输入刻度信息、注释和信号调理参数。

     为了满足空间需求，我们在飞行测试中没有使用监视器和键盘。实际上，我们使用一个小尺寸的基于串口的远程控制单元，以执行飞行中的启动测试与停止测 试的基本功能。该单元还提供了关于采集状态（包括当前记录数、错误信息和剩余硬盘空间）的反馈。该控制器具有四行20 个字符和16 个可编程的功能键，并使用标准的RS232 协议。我们可以自行标注这些功能键，并对其进行编程，使其压下时发出蜂鸣声或一个字符串。在本项目中，我们指定测试开始、测试停止和请求剩余磁盘空间的按钮。

     当我们完成测试配置，该应用立即为数据采集做好准备。该应用等待GUI上的一次鼠标点击或来自控制器的一次按钮，以开始数据采集。如果计算机因为任 何原因而重新启动，它会自动地重新开始该应用，加载最近使用的配置，并以同样的方式做好数据采集准备。当该应用可以再次开始数据采集时，远程控制器通过蜂鸣声和信息提醒用户。

与传感器数据同步的实时音频信号

     该应用在飞行中产生二进制数据文件，以加速文件I/O并节省硬盘空间。在地面上，我们通过后续分析屏幕查看文件，以验证我们可以使用所采集的数据。 然后，我们将文件直接导入到一个第三方程序进行后续分析。该应用在飞行中记录原始电压或通道数等数据，并在飞行后将其转换为工程单位（赫兹、华氏温度或其 他）。我们在飞行完成后进行数据处理，以充分利用所有飞行中采集到的数据资源。通过将所有不必要的计算推迟至测试完成，我们可以实现最高的可能数据采集速 率。

     通常，我们指定模拟输入通道中的一条通道作为音频输入。我们利用该通道记录导航员关于自己所执行的操作的评论。分析过程中的数据解码更为方便，因为 我们可以实时回放音频信号与传感器信号。在音频回放的同时，后续分析屏幕上光标扫过数据。音频数据最终转换为一个.WAV文件，因此我们即使在没有 LabVIEW应用程序的情况下，也可以进行回放。我们可以记录任何频率的音频信号，但当频率低于8 kHz时声波质量开始下降。该应用对波形进行内插处理的速率将其提高到8 kHz（或者更高，如果可能），以创建一个标准.WAV 文件。

     我们利用SCXI和LabVIEW，开发了一个高度可配置的、易于使用的数据采集工具，用于直升机飞行中的数据测量。该系统可以支持任意组合的可用 硬件，并可以扩展吸纳新的硬件。单个应用提供了到工程单位的转换、快速察看数据的能力和音频回放的功能。与先前系统的性能相比，该系统所采用的方法在更少 的时间内为GHTI提供了更好的数据。该系统获得的测量数据为表征和改进该公司的现有飞行器提供了宝贵信息。