基于labview平台开发的航空发动机高速并行采集系统

摘要：近年来，我国军事航空业发展迅猛，飞机的可靠与安全性的飞行品质是关键，涡扇发动机在运行过程中，压气机由于气流的不稳定而进入不稳定的工况，出现旋转失速乃至喘振，发动机熄火、空中停车等严重安全事故。对飞机的动力来源，即航空发动机关注程度增高，尤其是利用虚拟仪器技术，以labview为应用程序开发平台，结合数据采集与处理的发动机高速并行采集系统。

关键词：labview平台 航空发动机 高速并行采集系统

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

仪器测试与控制技术广泛应用在国防领域。仪器测控技术与计算机网络技术的整合发展，虚拟仪器与自动测试系统的出现，拓宽了技术的应用范围。labview平台是一种虚拟仪器软件开发工具，建立在图形编程方法基础之上，于文本行用图标代替的图形化编程语言开发环境，来创建到一种信号分析、数据处理、存储以及图形化显示的应用程序，并通过数据流编程，使得labview成为开发测试、测量、自动化及控制应用的理想工具。实现自动测试系统硬件和软件资源的快速、方便共享。

1 labview平台下并行数据采集模式分类

并行数据采集因应用不同而各异--独立性与交互式。独立性采集模式。并行工作设备按照特定采集速率独立完成，不存在并行关系，labview平台下，只需要建立几个工作状态机即可在labview软件的多线程下自动并发执行，实现数据采集。

交互式采集模式。设备在执行过程中需要等另一设备执行后方可有继续执行，也就是在时序上存在关联性或同步性，使得共享数据在存储上存在等待状态，也就是系统数据的准确采集是需要设备信息交互来完成。Labview软件就有这样的同步机制，如队列操作技术，就可以将一个状态机的数据，方便而准确地传到并行状态机上。

2 labview平台下高速并行数据的采集的实现

航空发动机的振动测试，属于高速旋转机械，要求多通道、并行采集，显示和谱分析需要实时在线。及时存储采集的大容量数据，并通过网络传输到其他计算机进行进一步分析。

（1）基于labview的并行数据采集（Data Acquisition）。数据采集就是从系统外不采集数据并进行转换后传输到系统内部的数据的一个过程，能够提供这一功能的完整的系统就被称作数据采集系统（Data Acquisition Sysem），一般采集的信号为电压和电流信号，所处理的就是数字信号。这就需要将外部模拟物理量转换为数字量，再由分析程序处理，即模拟输入。当然有的数据需要输出，采集系统也会提供输出功能，转换为所需的模拟输出信号。（2）数据采集卡。采用被广泛应用在航天、军工等领域的阿尔泰USB2812 数据采集卡。50KS/s 12位 16路模拟量输入；带DA、DIO功能，12位AD精度，250KS/s模数转换频率，单端16路/差分8路模拟量输入，AD缓存：8K字FIFO存储器，AD量程：±10V、±5V、0～10V，AD触发方式：多种模拟量、数字量触发方式，12位DA精度，4路模拟量输出，数字量输入、输出各16路，Counter：3路32位 定时/计数器。采集经过处理的数据通过USB总线传输到PC机，根据要求通过labview软件的处理显示数据。传感器采集到的模拟信号通过信号调理器进入数据采集卡USB2812的A/D通道，实现信号的数模转换，传输到后台机进行处理分析。（3）创建队列管理子VI（SubVI）。通过构建和使用子VI能方便实现labview的层次化和模块化编程，将复杂的编程问题化为多个简单的任务，使得程序结构变得更加清晰、易读、便于调试。（4）并行设备状态机建模。因为高效的顺序控制模型运行方式类似CPU，需要使用状态机，这样容易进行优化设计，状态机可构成良好的同步时序逻辑模块，使得设计的实现效率高，尤其是对高速控制方面更需要使用状态机。通常用进程中的case语句建模，状态信息通常存储在信号中，case语句的多路分支包括每个状态行为。可实现多路并行高速采集，硬触、软触发方式，提供较好的参数设置界面和简捷的采集控制方式。 （5）AD采集过程。系统通过USB2812驱动程序控制数据采集卡工作，步骤为：在数据采集卡采用CreateDevice函数创建一个设备对象是否数据采集卡进行系统控制语句的句柄hDevice，数据采集程序开始后，句柄hDevice作为参数传输到初始化函数InitDeviceAD进行数据采集初始化，启动转化设备，通过程序将数据批量读取，数据量由采样频率和采样点数决定，这些数据进入到labview平台，将纯数据转换为波形信号，显示在前面板的波形图中，同时对采集的信号进行处理分析。数据采集完毕，句柄hDevice经过函数ReleaseDeviceAD函数释放掉。

3结语

航空发动机的结构非常复杂，研究机械设备振动一般要在高温下进行动态测试。战斗机等设备发展趋势为大型高速化和复杂化，这就要求具备高性能的动态测试仪器。高速旋转的航空发动机的振动测试要求通道数多、并行采集。需要实时在线显示和谱分析，及时存储采集的大容量数据，并通过网络传输到其他计算机进行进一步分析。数据采集卡与LabVIEW软件平台组成的高速旋转机械动态测试的虚拟仪器，兼顾数据采集、网络传输、数据存储与回放、数据分析与显示等功能，可靠性和可扩展性较高，实现了对航空发动机转子部件振动信号的采集、显示和存储，实现监测振动状态，分析和诊断存储的数据，具有一定的实用价值。

参考文献

[1]李超，焦瑞莉，陈家田.基于LabVIEW的并行数据采集系统设计[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012（01）.

收稿日期：2015-08-15

作者简介：杨学广（1978―），男，山东鄄城县人，硕士研究生，高级工程师，主要从事航空发动机测试与分析、动态信号采集及处理。