作者:
Chris Koehler - G Systems

行業:
航空/航天

產品:
信號調理, LabVIEW, 數據采集

挑戰:
提供一個系統，在飛行中的直升機上進行可變通道數目和傳感器類型的數據采集。

開發一個可配置的LabVIEW應用，以采集來自SCXI模塊和其他DAQ板卡的調理后的信號。

"我們利用SCXI和LabVIEW，開發了一個高度可配置的、易于使用的數據采集工具，用于直升機飛行中的數據測量。"

一個支持不同輸入信號的靈活系統

我們公司——全球直升機技術有限公司（GHTI）位于得克薩斯州的阿靈頓市，為商用直升機提供了各種服務，如引擎集成工具集的升級、認證和供應。我們通過測量如振動、機械張力和引擎溫度等數值，力圖在飛行過程中表征一個飛行器的物理行為。為改善其現有的測量系統，我們與G系統公司簽訂合同，利用NI軟硬件開發一個新型數據采集系統。Huey T53-703 就是使用GHTI 新的數據采集系統的直升機代表。

該系統要求對不同類型的輸入信號、采樣速率和硬件配置進行靈活的設置。通常，我們無法在單次測試飛行中獲得所有需要的測量結果，因此，我們必須進行多次飛行，每次有不同的測量重點。一個較初的飛行或許關注于振動的高速測量，而第二次飛行或許監測溫度、張力和加速度。通道數可以在少于十到數百的范圍內變化，而采集速率可以高達20kHz。由于直升機的空間非常寶貴，因此，我們不得不使硬件盡可能小而緊湊。同時，我們的軟件應生成二進制數據文件，并提供一種方式在飛行完成之后快速瀏覽數據，以驗證數據的完整性。

從地面進行控制的空中測試

為支持高通道數與各種信號類型，我們選擇一個SCXI系統以及多個獨立的DAQ板卡。我們采用具有高端CPU和大空間RAM的標準PC。我們選擇LabVIEW作為開發環境，以方便地在單個應用中構建數據采集兼容性、文件I/O 和分析功能。該應用檢測所安裝的數據采集板卡和SCXI模塊，并相應地更新顯示。我們可以加載保存的通道配置，并根據需要創建新的配置。當先前保存的配置與當前的硬件組合不匹配時，該程序會給出通知信息。我們可以為這一單次應用輸入刻度信息、注釋和信號調理參數。

為了滿足空間需求，我們在飛行測試中沒有使用監視器和鍵盤。實際上，我們使用一個小尺寸的基于串口的遠程控制單元，以執行飛行中的啟動測試與停止測試的基本功能。該單元還提供了關于采集狀態（包括當前記錄數、錯誤信息和剩余硬盤空間）的反饋。該控制器具有四行20 個字符和16 個可編程的功能鍵，并使用標準的RS232 協議。我們可以自行標注這些功能鍵，并對其進行編程，使其壓下時發出蜂鳴聲或一個字符串。在本項目中，我們指定測試開始、測試停止和請求剩余磁盤空間的按鈕。

當我們完成測試配置，該應用立即為數據采集做好準備。該應用等待GUI上的一次鼠標點擊或來自控制器的一次按鈕，以開始數據采集。如果計算機因為任何原因而重新啟動，它會自動地重新開始該應用，加載較近使用的配置，并以同樣的方式做好數據采集準備。當該應用可以再次開始數據采集時，遠程控制器通過蜂鳴聲和信息提醒用戶。

與傳感器數據同步的實時音頻信號

該應用在飛行中產生二進制數據文件，以加速文件I/O并節省硬盤空間。在地面上，我們通過后續分析屏幕查看文件，以驗證我們可以使用所采集的數據。然后，我們將文件直接導入到一個第三方程序進行后續分析。該應用在飛行中記錄原始電壓或通道數等數據，并在飛行后將其轉換為工程單位（赫茲、華氏溫度或其他）。我們在飛行完成后進行數據處理，以充分利用所有飛行中采集到的數據資源。通過將所有不必要的計算推遲至測試完成，我們可以實現較高的可能數據采集速率。

通常，我們指定模擬輸入通道中的一條通道作為音頻輸入。我們利用該通道記錄導航員關于自己所執行的操作的評論。分析過程中的數據解碼更為方便，因為我們可以實時回放音頻信號與傳感器信號。在音頻回放的同時，后續分析屏幕上光標掃過數據。音頻數據較終轉換為一個.WAV文件，因此我們即使在沒有LabVIEW應用程序的情況下，也可以進行回放。我們可以記錄任何頻率的音頻信號，但當頻率低于8 kHz時聲波質量開始下降。該應用對波形進行內插處理的速率將其提高到8 kHz（或者更高，如果可能），以創建一個標準.WAV 文件。

我們利用SCXI和LabVIEW，開發了一個高度可配置的、易于使用的數據采集工具，用于直升機飛行中的數據測量。該系統可以支持任意組合的可用硬件，并可以擴展吸納新的硬件。單個應用提供了到工程單位的轉換、快速察看數據的能力和音頻回放的功能。與先前系統的性能相比，該系統所采用的方法在更少的時間內為GHTI提供了更好的數據。該系統獲得的測量數據為表征和改進該公司的現有飛行器提供了寶貴信息。