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摘要：飞机电源为全机用电设备提供电能，电源性能的好坏直接影响飞机的可靠性和安全性，因此，对其性能指标的要求必须相当严格，而在电源系统的设计之初就必须严格按标准要求进行检验。本文基于试验室试验中对飞机电源所产生的电能品质相关的性能参数测试作为研究对象进行探讨，寻求一种通用便捷的测试设备，用以测试并验证飞机电源系统的性能是否满足设计要求，从而为电源系统的设计提供依据。本文介绍了飞机电源测试及数据处理系统的组成结构，并给出了测试系统PXI数据采集设备的硬件方案和基于LabVIEW的软件方案，并对测试系统进行检查，经试验室试验试运行之后表明系统相关测试功能满足技术要求。
关键词：电源系统，性能品质，测试设备，设计要求
1引论
在航空工业中，作为飞机的三大能源之一的电源系统为飞机提供飞行所必须的电能，电源性能的好坏直接影响飞机的可靠性和安全性[1]，因此，对其性能指标的要求必须相当严格，而在电源系统的设计之初就必须严格按标准要求进行检验。由于考核飞机电源性能品质的参数很多，因此，需要测试的项目也很多，单一的测试设备只能检测部分参数，需要大量的测试设备去参与测试，势必会导致测试过程和测试步骤繁琐，测试结果的精度和数据可靠性也无法保证[2]。所以，需要对电源性能参数的检测方法进行改造，使其规范化和系统化。基于计算机技术的测试控制系统正好满足需求，测试工程师只需要根据飞机电源参数的特点开发出相应的测试平台，然后根据不同的测试对象编写相应的测试程序代码，调用相应的测试程序就可以进行相关测试工作。由于不同型号的飞机需要测试的参数几乎是一致的，因此，该测试平台也可用于下代机的参数测试，大大提高了设备的利用率，达到资源共享，降低了研制成本。
根据研究显示，在各主机所使用的飞机电源试验室试验测试系统中，大部分的测试系统都是针对特定型号的电源系统专门定制，具有很大的局限性，可扩展性不强。当设计人员需要对下一不同型号飞机的电源系统进行试验时，需要对系统的硬件和软件做相应的适应性更改，有些测试项目还需专用仪器、专门的技术人员，势必造成很大的资金投入，大大增加了飞机的研制成本。
针对飞机电源测试及数据处理系统的研发耗时长，可扩展性差和二次开发成本高的现状，本论文对基于虚拟仪器技术的飞机电源测试系统的原理、功能和架构以及飞机电源的种类做了详细的分析研究，发现对于现代主流的民用飞机电源系统而言，无非就恒频交流和变频交流电源两种，测试项目和测试参数相对复杂，但是恒频和变频的飞机电源系统测试的方法程序、测试内容和测试参数大致相同，测试有统一标准规范，因此，有必要对飞机电源测试及数据处理系统利用虚拟仪器进行设计研究，开发出一套通用的测试系统。
本论文的研究目的是为了适应国产大飞机电源系统的研发阶段试验任务。现代航空业的飞速发展，机载设备的种类和数量越来越多，对电源系统的要求越来越高，对电压、电流、频率等参数都有一定的技术指标。本设计就是使用虚拟仪器平台搭建的测试系统，取代专用测试设备完成对电源系统品质参数的测量任务。电源系统的品质可以概括为电压电流品质、频率品质、供电可靠性和安全性品质[3]。
2 硬件设计方案
飞机电源测试及数据处理系统可对飞机交流电源系统、飞机直流电源系统以及配电系统的功能和性能进行检测和鉴定试验。测试系统主要由安装测试软件的计算机、数据采集系统和信号调理系统等高性能硬件组成，完成飞机电源系统综合试验过程中的各系统的运行管理、自动控制、检测保护、数据采集、分析计算与处理、状态与数据显示以及数据管理等功能。
飞机电源测试及数据处理系统的硬件由传感器、信号调理箱、数据采集系统、测试计算机组成。
圖1 飞机电源测试及数据处理系统架构图
传感器的作用是将系统所需要测量的物理量（电压、电流、频率、压力、温度等）转换成符合测试系统采集和处理的标准的电信号（一般是弱电压信号），然后输入测试系统进行放大、运算、处理等进一步转换，从而获得准确的被测物理量的数值[4]。
信号调理是对传感器所采集的数据进行分析并处理的过程，是利用一定的算法模型所组成的运算系统来实现的。由传感器获取的信号一般是微弱的、不稳定的电信号，这些信号需要通过调制、放大、解调、滤波等处理变换后再送计算机进行信号分析处理[5]。信号调理装置还包括一个电源模块，以保证信号调理的集成电路正常工作。
数据采集装置是系统中的核心环节，传感器、信号调理模块或者高压探头将被测信号传送到数据采集模块，数据采集模块通过A/D转换等方式将输入的模拟信号变成数字信号，以提供给显示设备显示、打印和计算机的分析处理。数据采集控制卡有模拟量输入和输出、数字量输入和输出、计数定时等功能[6]，本系统采用的是PXI数据采集卡。
3软件设计方案
飞机电源系统测试及数据处理系统测试软件基于Windows XP操作系统，采用基于图形编程模式的LabVIEW软件平台，便于实现硬件与软件的无缝衔接，应用软件采用模块化设计，采用并行编程技术充分利用多核处理器的性能，提高系统性能。
测试过程的基本流程为数据采集记录，参数分析与报表生成，具有数据管理功能，测试软件主要分为数据采集与存储和供电品质分析两部分。
数据采集和存储软件完成对试验过程中被测点信号的采集，并通过高速流盘技术存储到磁盘阵列中，具有试验数据回放功能。数据采集软件具有友好的配置界面，可以根据试验需要配置采集的通道以及采样率等参数。数据采集软件设计有底层硬件驱动，可以满足实时性要求，可由每个数据采集系统独立控制，也可由顶层管理系统直接快速驱动，时间延迟在微秒级以内。数据存储软件可以满足大容量数据及时准确传输并存储于磁盘阵列数据库中，具有方便有效的数据索引功能，具有与上层系统数据库传输及通信接口，以及相应的安全措施，数据的提取专用软件及硬件通道。 参数分析软件对存储在硬盘阵列中的数据进行供电品质分析，并设置限制曲线，便于对参数分析结果进行判别。分析结果能够方便的存储、打印以及生成试验报告，报告以指定格式输出。数据分析软件可以快速、批量、精准处理试验数据，按各试验状态批量提取处理分析稳态数据，按要求格式自动生成报表，并归类管理，方便集中调用。瞬态数据的采集及显示可以提供转换时间、最大值、最小值等参数自动分析功能。数据分析软件具有自动提取数据绘制规定曲线功能，也可实现试验数据回放。
（1）通道配置模块：通道配置模块可以将需要采集的多路信号进行名称的配置，并调整数据的增益属性和偏移量属性，控制调理箱的通道切换。
（2）数据回放模块：数据回放模块支持用户查看该次采集的历史数据，以波形的形式展示，提供自由缩放功能，用户可以以此为依据确定分析时间区间。
（3）数据监视控模块：数据监视控件使得该次采集的通道数据实时显示在前面板上，用户可以根据所显示的信息决定是否结束采集或实行对负载的控制。
（4）特性参数分析模块：特性分析模块与测试计算机中运行的特性参数分析软件对读取的数据进行参数分析，根据测试项目的不同，用户可以自行选择对应的分析类型，分析算法均符合相关标准。
（5）报表生成模块：特性参数分析的结果均呈现在设计好的报表模版并输出到设定的路径中，结果以指定格式给出。
4 测试系统检查
将可编程交流电源的输出调节到7V（有效值），频率调节到400Hz，将可编程交流电源的输出分别接至各模拟量输入接线端，在测试程序中查看相应通道的测量波形。下图为部分实验结果记录。
图3为可编程交流电源7V输入3号调理箱1号调理板卡2号通道，经过1：35比例分压所得波形，为标准正弦波。通过理论计算，输出的幅值应为，与所得波形对比相吻合。
5结论
飞机电源测试及数据处理系统是航空工业中飞机电源系统研制阶段专用的测试设备，主要用于飞机电源系统地面试验时测试系统的各项电气特性参数，并与多个系统协调，完成系统状态的转换控制。该测试系统是基于虚拟仪器技术的测试系统，验证飞机电源系统品质参数是否达到设计要求。经检查，测试通道能有效的测量供电参数。
參考文献：
[1]Zhengting Huang，Zhongsheng Wang，Zhenbao Liu，Fault Diagnosis of Aircraft Power Supply Based on Priority Dynamic Fault Tree[C]，2010 2nd International Conference on Intellectual Technique in Industrial Practice，2010，292.
[2]王璟瑞，基于虚拟仪器的自动测试系统开发方法的研究[D]，四川，四川大学，2005，4.
[3]唐志平，杨胡萍，史国栋，供配电技术[M]，北京，电子工业出版社，2007.6，9.
[4]强锡富，传感器[M]，北京，机械工业出版社，2003.6，1～2.
[5]谭卫娟，基于FPGA的飞机电源参数测试设备设计[J/OL]，大众科技，2010（11），51.
[6]汪洋，航空电源自动测试系统软件开发平台的研究与设计[D]，西安，西北工业大学，2006，1～4、13.
作者简介：
施诺亚（1986.08-）男，硕士，研究方向：电源系统设计。
关键词：电源系统，性能品质，测试设备，设计要求
1引论
在航空工业中，作为飞机的三大能源之一的电源系统为飞机提供飞行所必须的电能，电源性能的好坏直接影响飞机的可靠性和安全性[1]，因此，对其性能指标的要求必须相当严格，而在电源系统的设计之初就必须严格按标准要求进行检验。由于考核飞机电源性能品质的参数很多，因此，需要测试的项目也很多，单一的测试设备只能检测部分参数，需要大量的测试设备去参与测试，势必会导致测试过程和测试步骤繁琐，测试结果的精度和数据可靠性也无法保证[2]。所以，需要对电源性能参数的检测方法进行改造，使其规范化和系统化。基于计算机技术的测试控制系统正好满足需求，测试工程师只需要根据飞机电源参数的特点开发出相应的测试平台，然后根据不同的测试对象编写相应的测试程序代码，调用相应的测试程序就可以进行相关测试工作。由于不同型号的飞机需要测试的参数几乎是一致的，因此，该测试平台也可用于下代机的参数测试，大大提高了设备的利用率，达到资源共享，降低了研制成本。
根据研究显示，在各主机所使用的飞机电源试验室试验测试系统中，大部分的测试系统都是针对特定型号的电源系统专门定制，具有很大的局限性，可扩展性不强。当设计人员需要对下一不同型号飞机的电源系统进行试验时，需要对系统的硬件和软件做相应的适应性更改，有些测试项目还需专用仪器、专门的技术人员，势必造成很大的资金投入，大大增加了飞机的研制成本。
针对飞机电源测试及数据处理系统的研发耗时长，可扩展性差和二次开发成本高的现状，本论文对基于虚拟仪器技术的飞机电源测试系统的原理、功能和架构以及飞机电源的种类做了详细的分析研究，发现对于现代主流的民用飞机电源系统而言，无非就恒频交流和变频交流电源两种，测试项目和测试参数相对复杂，但是恒频和变频的飞机电源系统测试的方法程序、测试内容和测试参数大致相同，测试有统一标准规范，因此，有必要对飞机电源测试及数据处理系统利用虚拟仪器进行设计研究，开发出一套通用的测试系统。
本论文的研究目的是为了适应国产大飞机电源系统的研发阶段试验任务。现代航空业的飞速发展，机载设备的种类和数量越来越多，对电源系统的要求越来越高，对电压、电流、频率等参数都有一定的技术指标。本设计就是使用虚拟仪器平台搭建的测试系统，取代专用测试设备完成对电源系统品质参数的测量任务。电源系统的品质可以概括为电压电流品质、频率品质、供电可靠性和安全性品质[3]。
2 硬件设计方案
飞机电源测试及数据处理系统可对飞机交流电源系统、飞机直流电源系统以及配电系统的功能和性能进行检测和鉴定试验。测试系统主要由安装测试软件的计算机、数据采集系统和信号调理系统等高性能硬件组成，完成飞机电源系统综合试验过程中的各系统的运行管理、自动控制、检测保护、数据采集、分析计算与处理、状态与数据显示以及数据管理等功能。
飞机电源测试及数据处理系统的硬件由传感器、信号调理箱、数据采集系统、测试计算机组成。
圖1 飞机电源测试及数据处理系统架构图
传感器的作用是将系统所需要测量的物理量（电压、电流、频率、压力、温度等）转换成符合测试系统采集和处理的标准的电信号（一般是弱电压信号），然后输入测试系统进行放大、运算、处理等进一步转换，从而获得准确的被测物理量的数值[4]。
信号调理是对传感器所采集的数据进行分析并处理的过程，是利用一定的算法模型所组成的运算系统来实现的。由传感器获取的信号一般是微弱的、不稳定的电信号，这些信号需要通过调制、放大、解调、滤波等处理变换后再送计算机进行信号分析处理[5]。信号调理装置还包括一个电源模块，以保证信号调理的集成电路正常工作。
数据采集装置是系统中的核心环节，传感器、信号调理模块或者高压探头将被测信号传送到数据采集模块，数据采集模块通过A/D转换等方式将输入的模拟信号变成数字信号，以提供给显示设备显示、打印和计算机的分析处理。数据采集控制卡有模拟量输入和输出、数字量输入和输出、计数定时等功能[6]，本系统采用的是PXI数据采集卡。
3软件设计方案
飞机电源系统测试及数据处理系统测试软件基于Windows XP操作系统，采用基于图形编程模式的LabVIEW软件平台，便于实现硬件与软件的无缝衔接，应用软件采用模块化设计，采用并行编程技术充分利用多核处理器的性能，提高系统性能。
测试过程的基本流程为数据采集记录，参数分析与报表生成，具有数据管理功能，测试软件主要分为数据采集与存储和供电品质分析两部分。
数据采集和存储软件完成对试验过程中被测点信号的采集，并通过高速流盘技术存储到磁盘阵列中，具有试验数据回放功能。数据采集软件具有友好的配置界面，可以根据试验需要配置采集的通道以及采样率等参数。数据采集软件设计有底层硬件驱动，可以满足实时性要求，可由每个数据采集系统独立控制，也可由顶层管理系统直接快速驱动，时间延迟在微秒级以内。数据存储软件可以满足大容量数据及时准确传输并存储于磁盘阵列数据库中，具有方便有效的数据索引功能，具有与上层系统数据库传输及通信接口，以及相应的安全措施，数据的提取专用软件及硬件通道。 参数分析软件对存储在硬盘阵列中的数据进行供电品质分析，并设置限制曲线，便于对参数分析结果进行判别。分析结果能够方便的存储、打印以及生成试验报告，报告以指定格式输出。数据分析软件可以快速、批量、精准处理试验数据，按各试验状态批量提取处理分析稳态数据，按要求格式自动生成报表，并归类管理，方便集中调用。瞬态数据的采集及显示可以提供转换时间、最大值、最小值等参数自动分析功能。数据分析软件具有自动提取数据绘制规定曲线功能，也可实现试验数据回放。
（1）通道配置模块：通道配置模块可以将需要采集的多路信号进行名称的配置，并调整数据的增益属性和偏移量属性，控制调理箱的通道切换。
（2）数据回放模块：数据回放模块支持用户查看该次采集的历史数据，以波形的形式展示，提供自由缩放功能，用户可以以此为依据确定分析时间区间。
（3）数据监视控模块：数据监视控件使得该次采集的通道数据实时显示在前面板上，用户可以根据所显示的信息决定是否结束采集或实行对负载的控制。
（4）特性参数分析模块：特性分析模块与测试计算机中运行的特性参数分析软件对读取的数据进行参数分析，根据测试项目的不同，用户可以自行选择对应的分析类型，分析算法均符合相关标准。
（5）报表生成模块：特性参数分析的结果均呈现在设计好的报表模版并输出到设定的路径中，结果以指定格式给出。
4 测试系统检查
将可编程交流电源的输出调节到7V（有效值），频率调节到400Hz，将可编程交流电源的输出分别接至各模拟量输入接线端，在测试程序中查看相应通道的测量波形。下图为部分实验结果记录。
图3为可编程交流电源7V输入3号调理箱1号调理板卡2号通道，经过1：35比例分压所得波形，为标准正弦波。通过理论计算，输出的幅值应为，与所得波形对比相吻合。
5结论
飞机电源测试及数据处理系统是航空工业中飞机电源系统研制阶段专用的测试设备，主要用于飞机电源系统地面试验时测试系统的各项电气特性参数，并与多个系统协调，完成系统状态的转换控制。该测试系统是基于虚拟仪器技术的测试系统，验证飞机电源系统品质参数是否达到设计要求。经检查，测试通道能有效的测量供电参数。
參考文献：
[1]Zhengting Huang，Zhongsheng Wang，Zhenbao Liu，Fault Diagnosis of Aircraft Power Supply Based on Priority Dynamic Fault Tree[C]，2010 2nd International Conference on Intellectual Technique in Industrial Practice，2010，292.
[2]王璟瑞，基于虚拟仪器的自动测试系统开发方法的研究[D]，四川，四川大学，2005，4.
[3]唐志平，杨胡萍，史国栋，供配电技术[M]，北京，电子工业出版社，2007.6，9.
[4]强锡富，传感器[M]，北京，机械工业出版社，2003.6，1～2.
[5]谭卫娟，基于FPGA的飞机电源参数测试设备设计[J/OL]，大众科技，2010（11），51.
[6]汪洋，航空电源自动测试系统软件开发平台的研究与设计[D]，西安，西北工业大学，2006，1～4、13.
作者简介：
施诺亚（1986.08-）男，硕士，研究方向：电源系统设计。