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簡介
2010年8月，我們首次成功地在獵戶座GTA上進行了結構測試。此項1.05大氣壓下的耐壓測試需要以下三個分布式系統(tǒng)共同運作完成：
- 增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)，用于自動控制載人艙內壓力
- 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），用于結構數(shù)據(jù)實時采集、虛擬通道實時計算以及限制和警報分析
- 數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)（DDS），用于實時和測試后分布同步參數(shù)、視頻和音頻數(shù)據(jù)以測試控制器和數(shù)據(jù)客戶端
G Systems 使用NI軟硬件組件開發(fā)各個系統(tǒng)，幫助我們縮短開發(fā)周期，保持高級功能。 圖1顯示了各個系統(tǒng)部件之間的關系。
圖1. 系統(tǒng)架構概覽
圖2.耐壓測試中的獵戶座載人艙艙
增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)
在測試過程中精確地控制載人艙的內部壓力的P&V系統(tǒng)，擁有高壓氣瓶的便攜式運載，能在加壓過程中提供氣體。
圖3.增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)
該系統(tǒng)在CompactRIO旁擁有一個控制單元。 它同時控制壓力和監(jiān)視關鍵故障或警報。 我們選擇可信賴的CompactRIO和LabVIEW實時模塊控制著這一關鍵進程。 觸屏“磚頭電腦”在可拆卸掛式組成結構中提供了一個LabVIEW的圖形用戶界面，操作員因此可在一個安全的地點控制加壓過程。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
DAS收集參數(shù)數(shù)據(jù)，主要用于應變測量。 DAS的核心由PXI和LabVIEW實時系統(tǒng)組成，可在1800多條信道內收集同步數(shù)據(jù)。 此外，DAS還可以同步計算數(shù)千條用戶定義的虛擬通道，并同時監(jiān)控可能會導致測試關閉的警報和限制程度。 四核PXI實時控制器，優(yōu)化執(zhí)行每個處理器上的特定循環(huán)，以維持確定性的性能，并行執(zhí)行所有活動。
DAS將數(shù)據(jù)記錄至技術數(shù)據(jù)管理流（TDMS）文件，然后再轉移至DDS文件服務器。 在測試過程中，所有的數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)絡傳輸至用戶，進行實時查看。 圖4顯示了DAS設備機架、7個SCXI機箱其中一個的內部情況和用于系統(tǒng)設置和控制的配置圖形用戶界面。
圖4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
我們使用DAS控制計算機，通過網(wǎng)絡連接編程更改系統(tǒng)配置并定義計算信道、警報和限制。 DAS還包括堅固的電纜和接線板，使用軍用標準的圓形連接器，以確保信號連接穩(wěn)定。
過去我們在保持高通道數(shù)系統(tǒng)校準上遇到了難題，因此，我們開發(fā)了一個核查系統(tǒng)，供操作員將電纜連接到42個前面板連接器上，并自動運行每個連接器通道上的校準驗證程序。 校準系統(tǒng)通過源測量單元和交換數(shù)字萬用表檢查應變模塊激勵源、感應線，并在每次測試前確認這些線在可接受范圍內。
數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)
DDS實時收集、同步、呈現(xiàn)數(shù)千條數(shù)據(jù)通道并發(fā)布回放。 DDS不僅呈現(xiàn)P&V和DAS中的數(shù)據(jù)，而且還有監(jiān)察測試進展的32個IP攝像機和8個麥克風中的數(shù)據(jù)。 圖5顯示了整個系統(tǒng)的分布式性質和DDS收集的數(shù)據(jù)來源。
圖5.網(wǎng)絡基礎設施
6個或更多的測試觀察者使用LabVIEW圖形用戶界面來觀察測試進程或檢索過去的測試數(shù)據(jù)。 在任何時候，我們都可以查看測試進程中的實時數(shù)據(jù)和緩沖的實時數(shù)據(jù)，或從過去的測試中讀取數(shù)據(jù)。 DDS包括兩個用于記錄和傳輸視頻通道的專用視頻服務器，以及將模擬音頻轉換成基于IP數(shù)據(jù)流的編碼器，可實時應用或傳回至MP3格式。 專用服務器，同時也是測試網(wǎng)絡的域控制器，在TDMS文檔中存儲了測試配置和參數(shù)數(shù)據(jù)。
測試觀察員可以使用系統(tǒng)來定義他們的多屏圖形用戶界面，其中的表格、圖表和視頻窗口大小和位置可供選擇。 他們可以保存并在今后調用這些配置，來重新創(chuàng)建相同的數(shù)據(jù)通道集合和顯示。 LabVIEW圖形用戶界面可在任何Windows筆記本電腦上運行，也可在專用的客戶端機器上運行，這些大型、壁掛式多媒體顯示器顯示圖形用戶界面，用于群體觀察或展示。 圖6顯示了DDS服務器機架和可配置的圖形用戶界面。
圖6.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
使用圖形化系統(tǒng)設計方案的益處
這三個系統(tǒng)體現(xiàn)了NI軟硬件在極短的開發(fā)時間內顯示出的強大功能。 這些系統(tǒng)在以下方面體現(xiàn)了NI產品的優(yōu)勢：
- P&V系統(tǒng)需要CompactRIO和LabVIEW實時模塊的穩(wěn)定性和可靠性。
- DAS依靠于一個連接至SCXI和PXI數(shù)據(jù)采集設備的高性能多核實時控制器。
- DDS擁有LabVIEW中的可配置圖形用戶界面，同時可連接到多種網(wǎng)絡資源，提供了豐富的用戶體驗。
結論
這三個系統(tǒng)都提出了各自的工程挑戰(zhàn) - 機械、電氣和軟件。 憑借NI產品，G Systems在6個月的時間完成了這些集成系統(tǒng)，并且為首次成功的獵戶座乘員艙結構測試提供了穩(wěn)定性和可靠性。
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