LabVIEW與SCXI為飛行中的直升機提供了一個(gè)可配置的測量系統

The Challenge:
提供一個(gè)系統，在飛行中的直升機上進(jìn)行可變通道數目和傳感器類(lèi)型的數據采集。

The Solution:
開(kāi)發(fā)一個(gè)可配置的Labview應用，以采集來(lái)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(kāi)發(fā)了一個(gè)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(gè)支持不同輸入信號的靈活系統

我們公司——全球直升機技術(shù)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(wù)，如引擎集成工具集的升級、認證和供應。我們通過(guò)測量如振動(dòng)、機械張力和引擎溫度等數值，力圖在飛行過(guò)程中表征一個(gè)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(kāi)發(fā)一個(gè)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(lèi)型的輸入信號、采樣速率和硬件配置進(jìn)行靈活的設置。通常，我們無(wú)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(jìn)行多次飛行，每次有不同的測量重點(diǎn)。一個(gè)最初的飛行或許關(guān)注于振動(dòng)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(shí)，我們的軟件應生成二進(jìn)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(jìn)行控制的空中測試

為支持高通道數與各種信號類(lèi)型，我們選擇一個(gè)SCXI系統以及多個(gè)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(kāi)發(fā)環(huán)境，以方便地在單個(gè)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(chuàng )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(shí)，該程序會(huì )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(mǎn)足空間需求，我們在飛行測試中沒(méi)有使用監視器和鍵盤(pán)。實(shí)際上，我們使用一個(gè)小尺寸的基于串口的遠程控制單元，以執行飛行中的啟動(dòng)測試與停止測試的基本功能。該單元還提供了關(guān)于采集狀態(tài)（包括當前記錄數、錯誤信息和剩余硬盤(pán)空間）的反饋。該控制器具有四行20 個(gè)字符和16 個(gè)可編程的功能鍵，并使用標準的RS232 協(xié)議。我們可以自行標注這些功能鍵，并對其進(jìn)行編程，使其壓下時(shí)發(fā)出蜂鳴聲或一個(gè)字符串。在本項目中，我們指定測試開(kāi)始、測試停止和請求剩余磁盤(pán)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(diǎn)擊或來(lái)自控制器的一次按鈕，以開(kāi)始數據采集。如果計算機因為任何原因而重新啟動(dòng)，它會(huì )自動(dòng)地重新開(kāi)始該應用，加載最近使用的配置，并以同樣的方式做好數據采集準備。當該應用可以再次開(kāi)始數據采集時(shí)，遠程控制器通過(guò)蜂鳴聲和信息提醒用戶(hù)。

與傳感器數據同步的實(shí)時(shí)音頻信號

該應用在飛行中產(chǎn)生二進(jìn)制數據文件，以加速文件I/O并節省硬盤(pán)空間。在地面上，我們通過(guò)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(gè)第三方程序進(jìn)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(jìn)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(guò)將所有不必要的計算推遲至測試完成，我們可以實(shí)現最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(guān)于自己所執行的操作的評論。分析過(guò)程中的數據解碼更為方便，因為我們可以實(shí)時(shí)回放音頻信號與傳感器信號。在音頻回放的同時(shí)，后續分析屏幕上光標掃過(guò)數據。音頻數據最終轉換為一個(gè).WAV文件，因此我們即使在沒(méi)有LabVIEW應用程序的情況下，也可以進(jìn)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(shí)聲波質(zhì)量開(kāi)始下降。該應用對波形進(jìn)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(chuàng )建一個(gè)標準.WAV 文件。

我們利用SCXI和LabVIEW，開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(gè)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(shí)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(jìn)該公司的現有飛行器提供了寶貴信息。