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航空装备数据采集与处理技术

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【摘要】:
概述数据采集与处理技术是信息科学的一个重要分支,它是以传感器、信号测量与处理、计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术,广泛应用于航空航天、船舶、核工业等国防科技工业领域。随着信息科学的飞速发展,数据采集与处理技术的应用更为广泛,已经成为人们获得外界信息并加以认识和利用的重要手段。数据采集是指将被测系统的各种模拟参量转换为数字信号并进行存储,再由计算机进行处理、显示或打印的过程,相应系统称为数据

概述

数据采集与处理技术是信息科学的一个重要分支,它是以传感器、信号测量与处理、计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术,广泛应用于航空航天、船舶、核工业等国防科技工业领域。随着信息科学的飞速发展,数据采集与处理技术的应用更为广泛,已经成为人们获得外界信息并加以认识和利用的重要手段。

数据采集是指将被测系统的各种模拟参量转换为数字信号并进行存储,再由计算机进行处理、显示或打印的过程,相应系统称为数据采集系统。数据采集的对象包括电量信号和非电量信号。非电量信号是指原始物理信号,如温度、压力、位移、流量、速度、加速度等。非电量信号通过信号获取设备(如传感器)转换为可识别的电信号(如电压、电流或电脉冲等),再通过适当的信号调理进入模拟数字转换器(A/D转换器,或简称ADC)转换为数字信号,提供给计算机或微处理机做进一步处理。所以,数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统

数据处理就是通过各种算法,将数据转换为有用的知识或信息。数据处理的主要任务是提高测试数据的精度和可靠性,并使数据格式化、标准化,以便于运算、显示、打印和记录。数据处理包括实时数据加工、数字拣择、数据平滑、数据滤波、数据融合等内容。

一个典型的数据采集系统通常包括传感器、信号调理、数据采集器、计算机及应用软件五部分。数据采集与处理的过程包括非电物理量向电信号的转化、信号放大或滤波、信号传输、模数转换、信号处理与分析、数据结果的记录与显示等环节。数据采集设备的作用是将电信号转换为计算机可识别的数字信号送给计算机进行处理,计算机上安装了驱动程序和应用软件,可与硬件交互,完成数据采集任务,并对采集的数据进行后续分析和处理。

现代航空器是由许多系统构成的复杂大系统,从设计、研制、生产,到使用、维护修理,各个环节都离不开测试。航空装备的测试主要应用于以下方面:飞机强度试验、疲劳试验、发动机零部件试验、航空试车台及试车台整机性能试验、各种风洞试验和飞机各分系统地面试验等。

在航空测试领域,数据采集系统具有下述特点:

①采集信号种类多、数量多。信号类型包括温度、压力、流量、电压、电流、振动、转速等,测量通道测量通道可以从几十到上千不等;

②输入信号微弱,幅度可低至微伏。例如,在发动机测试中热电偶和应变电桥输出的都是低电压小信号,其满量程一般在5~20mV的量级;在风洞试验中,应变传感器输出的电压信号为5μV左右。因此要求模拟输入通道的零点漂移和噪声低到微伏的量级。

③采集速率的范围很宽。一般要求采集速率从1~100kHz之间,有的试验要求更高的采集速率。

④测量准确度(或精度)和分辨率要求高。例如发动机的稳态测量中,某些参数的测量要求具有16位分辨率的AD转换器,系统准确度高达±0.05%FS~±0.02%FS。

⑤抗干扰能力强。由于试验现场环境复杂,要求数据采集系统在较强的电磁干扰(包括工频和射频)和同时伴有共模干扰的情况下测出或采集到微弱信号,所以数据采集系统有抗干扰设计要求。

基本原理

一个完整的数据采集系统通常由信号获取设备(传感器)、信号调理设备、数据采集设备、计算机和应用软件五个部分组成,典型的数据采集系统组成如图1所示。

 

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