一種便攜式機載電源參數測試裝置的設計與實現

樊綱旗，王 凱，韓 冰，董 瑾

（中航西安飛機工業集團股份有限公司，陜西西安 710089）

0 引言

電源系統是現代飛機的一個重要組成部分，其作用是向飛機上所有的用電設備（如飛行控制系統、各種電子設備、照明、防冰設備、生活設施等）提供電能，為用電設備的正常工作提供條件，保證飛機的安全飛行和完成運輸作戰任務。隨著新型電源（變頻交流電源和高壓直流電源）的廣泛應用，未來飛機生產制造階段面對電源與其他系統兼容性和負載匹配性的故障將會頻頻發生，機上排故挑戰較大，因此亟需研制一種便攜式航空電源參數測試裝置，以確保電源系統功能和性能符合質量要求。

1 硬件測試架構設計

根據機載電源系統的測試需求，系統建立以便攜式計算機為核心的測試平臺，系統結構如圖1 所示。系統配備高速數據采集卡、信號調理卡、電流傳感器以及相應的配套線纜等，組成完整的測試系統硬件平臺。

圖1 系統硬件結構

（1）系統配置16 個同步采集通道，可以同步采集10 個通道電壓（額定電壓為0～115 VAC、0～270 VDC）、6 個通道交流/直流電流（電流測量范圍為0～200 A）。

（2）計算機采用高性能便攜加固計算機，2 個標準PCIe 擴展槽，為適應機上測試環境，內置100 Wh 智能鋰電池。

（3）兩塊高性能數據采集卡PCIe-6376，每塊板卡8 個同步采集通道，每通道采樣速度3.5 MS/s，兩塊板卡16 個通道完全同步采集，同步精度達到納秒級，性能優于國軍標電壓參數數據評估的要求。

（4）電壓測量通道通過信號調理模塊的差分電路進行信號衰減，經信號調理卡進行信號變換后，輸入到數據采集卡，其輸入電壓峰值達600 V，可適應未來機載230 V 倍壓變頻電源系統應用需求。

（5）電流測量通道選用200 A 閉環霍爾電流傳感器，具有較高的精度，其供電和測試信號線采用三芯屏蔽線，輸出信號為電流信號，提高遠程傳輸的抗干擾性能。

（6）所有被測信號均采用屏蔽雙絞線接入到測試系統，以提高抗干擾能力。

2 軟件測試系統設計（圖2）

圖2 測試軟件流程

2.1 軟件功能模塊設計

測試軟件選擇LabVIEW 測試軟件開發平臺，應用程序的主要功能模塊包括程序調度管理、系統配置、數據采集記錄、數據處理、供電品質分析等。

（1）程序調度管理模塊。當程序運行時，首先出現的是主控制模塊界面。主界面是一個總的控制模塊，它運行時一直在循環等待數據的輸入，程序不停地掃描模塊前面板上的按鈕，當有按鈕被按下時程序就執行該按鈕所對應的子程序模塊，當每個子模塊執行完成后就退回到主界面上，等待下一個測試任務。它也可以同時執行多個測試任務。

（2）系統配置模塊。在數據采集之前，測試軟件需要讀取測試通道信息，安裝測試軟件后首次運行時需要讀取配置通道信息，測試通道信息存儲于測試軟件安裝目錄的下面，配置信息包括測試點名稱、通道名稱、測試通道增益與偏移量、測試板卡通道名稱等。在系統擴展或測試通道變更后，可以增加或修改相應的測試板卡通道對應關系，在計量時可以根據需要變更測試通道增益與偏移量參數?？梢员４娈斍暗耐ǖ琅渲眯畔?，在彈出的保存對話框中選擇保存路徑即可，點擊“讀取”按鈕可以讀取已保存的通道配置信息。

（3）數據采集記錄模塊。根據所選擇的采集通道，實時采集并記錄通道波形，便于事后數據分析。

（4）數據處理模塊。讀取存儲的采樣數據，快速回放所記錄的數據，并能設置光標等，讀取時間、幅值信息。

（5）供電品質分析模塊。在數據回放的基礎上，根據所分析的信號特性，按照GJB 181—2012《飛機供電特性》及對變頻和高壓直流系統的要求，分析所選擇的電氣參數。

2.2 顯示分析界面

顯示分析界面分為5 部分，分別為交流穩態、交流瞬態、直流穩態、直流瞬態、數據采集配置。每個界面由數據回放區、數據結果顯示區和控制按鈕組成，穩態和瞬態特性顯示分析界面如圖3 所示。

圖3 穩態和瞬態特性顯示分析界面

3 技術創新

（1）本測試系統針對變頻電源的基波頻率是360～800 Hz，以往應用于恒頻電源系統畸變系數和畸變頻譜測試的模擬基波帶阻濾波器難以適應這種基波頻率的變化，本項目采用高精度的采集板卡，軟件內部內置數字濾波方法，用以自適應變頻系統的基波頻率的變化。

（2）本測試系統軟件采樣率最大可支持到2 M/s，穩態參數測試與瞬態參數測試都可以已最大采樣率進行采集并分析，滿足交流/直流畸變頻譜可顯示所有諧波和非諧波分量的要求。

4 結論與展望

電源系統作為飛機的一個重要系統，與飛機上的所有系統都有交聯關系，現階段在飛機生產制造階段由于測試可達性、缺乏相應測試技術、缺乏相應測試設備等多方面因素，在故障排查時耗費大量時間精力，甚至部分典型故障在生產階段無法及時定位，研制的便攜式航空電源參數測試裝置可有效解決上述測試難題。