一种便携式机载电源参数测试装置的设计与实现

樊纲旗，王 凯，韩 冰，董 瑾

（中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西西安 710089）

0 引言

电源系统是现代飞机的一个重要组成部分，其作用是向飞机上所有的用电设备（如飞行控制系统、各种电子设备、照明、防冰设备、生活设施等）提供电能，为用电设备的正常工作提供条件，保证飞机的安全飞行和完成运输作战任务。随着新型电源（变频交流电源和高压直流电源）的广泛应用，未来飞机生产制造阶段面对电源与其他系统兼容性和负载匹配性的故障将会频频发生，机上排故挑战较大，因此亟需研制一种便携式航空电源参数测试装置，以确保电源系统功能和性能符合质量要求。

1 硬件测试架构设计

根据机载电源系统的测试需求，系统建立以便携式计算机为核心的测试平台，系统结构如图1 所示。系统配备高速数据采集卡、信号调理卡、电流传感器以及相应的配套线缆等，组成完整的测试系统硬件平台。

图1 系统硬件结构

（1）系统配置16 个同步采集通道，可以同步采集10 个通道电压（额定电压为0～115 VAC、0～270 VDC）、6 个通道交流/直流电流（电流测量范围为0～200 A）。

（2）计算机采用高性能便携加固计算机，2 个标准PCIe 扩展槽，为适应机上测试环境，内置100 Wh 智能锂电池。

（3）两块高性能数据采集卡PCIe-6376，每块板卡8 个同步采集通道，每通道采样速度3.5 MS/s，两块板卡16 个通道完全同步采集，同步精度达到纳秒级，性能优于国军标电压参数数据评估的要求。

（4）电压测量通道通过信号调理模块的差分电路进行信号衰减，经信号调理卡进行信号变换后，输入到数据采集卡，其输入电压峰值达600 V，可适应未来机载230 V 倍压变频电源系统应用需求。

（5）电流测量通道选用200 A 闭环霍尔电流传感器，具有较高的精度，其供电和测试信号线采用三芯屏蔽线，输出信号为电流信号，提高远程传输的抗干扰性能。

（6）所有被测信号均采用屏蔽双绞线接入到测试系统，以提高抗干扰能力。

2 软件测试系统设计（图2）

图2 测试软件流程

2.1 软件功能模块设计

测试软件选择LabVIEW 测试软件开发平台，应用程序的主要功能模块包括程序调度管理、系统配置、数据采集记录、数据处理、供电品质分析等。

（1）程序调度管理模块。当程序运行时，首先出现的是主控制模块界面。主界面是一个总的控制模块，它运行时一直在循环等待数据的输入，程序不停地扫描模块前面板上的按钮，当有按钮被按下时程序就执行该按钮所对应的子程序模块，当每个子模块执行完成后就退回到主界面上，等待下一个测试任务。它也可以同时执行多个测试任务。

（2）系统配置模块。在数据采集之前，测试软件需要读取测试通道信息，安装测试软件后首次运行时需要读取配置通道信息，测试通道信息存储于测试软件安装目录的下面，配置信息包括测试点名称、通道名称、测试通道增益与偏移量、测试板卡通道名称等。在系统扩展或测试通道变更后，可以增加或修改相应的测试板卡通道对应关系，在计量时可以根据需要变更测试通道增益与偏移量参数。可以保存当前的通道配置信息，在弹出的保存对话框中选择保存路径即可，点击“读取”按钮可以读取已保存的通道配置信息。

（3）数据采集记录模块。根据所选择的采集通道，实时采集并记录通道波形，便于事后数据分析。

（4）数据处理模块。读取存储的采样数据，快速回放所记录的数据，并能设置光标等，读取时间、幅值信息。

（5）供电品质分析模块。在数据回放的基础上，根据所分析的信号特性，按照GJB 181—2012《飞机供电特性》及对变频和高压直流系统的要求，分析所选择的电气参数。

2.2 显示分析界面

显示分析界面分为5 部分，分别为交流稳态、交流瞬态、直流稳态、直流瞬态、数据采集配置。每个界面由数据回放区、数据结果显示区和控制按钮组成，稳态和瞬态特性显示分析界面如图3 所示。

图3 稳态和瞬态特性显示分析界面

3 技术创新

（1）本测试系统针对变频电源的基波频率是360～800 Hz，以往应用于恒频电源系统畸变系数和畸变频谱测试的模拟基波带阻滤波器难以适应这种基波频率的变化，本项目采用高精度的采集板卡，软件内部内置数字滤波方法，用以自适应变频系统的基波频率的变化。

（2）本测试系统软件采样率最大可支持到2 M/s，稳态参数测试与瞬态参数测试都可以已最大采样率进行采集并分析，满足交流/直流畸变频谱可显示所有谐波和非谐波分量的要求。

4 结论与展望

电源系统作为飞机的一个重要系统，与飞机上的所有系统都有交联关系，现阶段在飞机生产制造阶段由于测试可达性、缺乏相应测试技术、缺乏相应测试设备等多方面因素，在故障排查时耗费大量时间精力，甚至部分典型故障在生产阶段无法及时定位，研制的便携式航空电源参数测试装置可有效解决上述测试难题。