機(jī)載氧氣監(jiān)控器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

趙利光,　梁華國(guó),　黃安全,　許達(dá)文

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,安徽 合肥　230009; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院,安徽 合肥　230009)

機(jī)載氧氣監(jiān)控器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

趙利光1,梁華國(guó)2,黃安全2,許達(dá)文2

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,安徽 合肥230009; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院,安徽 合肥230009)

摘要:作為調(diào)節(jié)和監(jiān)控飛行員呼吸供給的機(jī)載設(shè)備,氧氣監(jiān)控器的質(zhì)量關(guān)系著飛行員的生命安全,需要通過(guò)嚴(yán)格和可靠的測(cè)試來(lái)評(píng)估其功能和性能。為了提高氧氣監(jiān)控器的測(cè)試質(zhì)量,文章提出了一種基于工控機(jī)的機(jī)載氧氣監(jiān)控器全自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),能精確和高效地模擬飛機(jī)負(fù)壓環(huán)境、機(jī)載制氧系統(tǒng)、極端供電條件及其所驅(qū)動(dòng)電機(jī)的可變負(fù)載,并設(shè)計(jì)了擴(kuò)展電路板完成氧氣監(jiān)控器航空插口信號(hào)到工控機(jī)的轉(zhuǎn)換,輔以高精度的流量、氣壓、轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)氧氣監(jiān)控器綜合性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明,相比于人工測(cè)試方法,該系統(tǒng)使測(cè)試速率提高到3.49倍,并使氧氣監(jiān)控器的準(zhǔn)確率提高到100%。

關(guān)鍵詞:氧氣監(jiān)控器;工控機(jī);自動(dòng)化測(cè)試;負(fù)壓環(huán)境;測(cè)試效率

隨著高科技在國(guó)防設(shè)備中的應(yīng)用,我國(guó)已經(jīng)研制出了3倍超音速戰(zhàn)斗機(jī),飛行速度的提升對(duì)機(jī)載設(shè)備的可靠性提出了新要求,戰(zhàn)斗機(jī)在急速上升和俯沖時(shí),海拔高度瞬間變化更快,給飛行員氧氣供給帶來(lái)了新挑戰(zhàn)[1]。供氧不足或過(guò)度都將嚴(yán)重威脅飛行員的生命安全,從而導(dǎo)致飛行事故。因此,在使用前對(duì)氧氣監(jiān)控器(飛行員呼吸供給的基礎(chǔ)設(shè)備)進(jìn)行完備的功能測(cè)試以保證其可靠性尤為重要[2]。

氧氣監(jiān)控器是負(fù)責(zé)飛行員呼吸供給安全的設(shè)備,其主要功能是根據(jù)當(dāng)前飛行高度和供給氣體氧分壓來(lái)控制供氧設(shè)備,屬于高精密儀器,構(gòu)造復(fù)雜,而且工作條件要求其具備很強(qiáng)的抗干擾能力[3]。為了準(zhǔn)確驗(yàn)證氧氣監(jiān)控器的質(zhì)量,要求測(cè)試條件必須能夠模擬真實(shí)飛行環(huán)境(海拔突變)來(lái)進(jìn)行精密、完備的測(cè)試[4]。氧氣監(jiān)控器主要原理是通過(guò)內(nèi)置的氧分壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行過(guò)程中不同海拔高度下的氧分壓值,若檢測(cè)到氧分壓值低于設(shè)定的安全值時(shí)即產(chǎn)生報(bào)警[5]。此外,驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)也是氧氣監(jiān)控器的重要功能之一。氧氣監(jiān)控器測(cè)試功能繁多,包括自檢報(bào)警、準(zhǔn)備時(shí)間、氧分壓校準(zhǔn)、氧分壓報(bào)警高度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、氣密性和氣流量等。而現(xiàn)有的人工測(cè)試方法不僅不能仿真飛行中艙內(nèi)氣壓的變化,而且每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目都是一套獨(dú)立的測(cè)試設(shè)備,需要進(jìn)行單獨(dú)裝配操作,流程極其繁瑣復(fù)雜,耗時(shí)周期長(zhǎng)。同時(shí)在大量人工操作中還會(huì)引入不同程度的人為失誤,導(dǎo)致測(cè)試準(zhǔn)確率不高。因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠模擬測(cè)試環(huán)境和收集分析測(cè)試數(shù)據(jù)的全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)成為保障氧氣監(jiān)控器可靠性的關(guān)鍵因素[6]。

針對(duì)國(guó)內(nèi)軍用設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的不足,本文在研究了飛機(jī)不同飛行狀態(tài)下艙內(nèi)氣壓的變化后,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)佐證,提出了一套基于工控機(jī)的機(jī)載氧氣監(jiān)控器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。它可以精確模擬飛機(jī)真實(shí)飛行環(huán)境,為氧氣監(jiān)控器提供各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)。測(cè)試系統(tǒng)各模塊功能如下：自調(diào)節(jié)負(fù)壓艙模塊來(lái)模擬不同海拔高度環(huán)境;氣源控制模塊模擬機(jī)載制氧系統(tǒng);電壓調(diào)控模塊模擬極端電壓環(huán)境;電機(jī)測(cè)量模塊模擬電機(jī)負(fù)載以及測(cè)試轉(zhuǎn)速和扭矩;信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊與氧氣監(jiān)控器進(jìn)行通信;流量測(cè)試模塊采集氧氣監(jiān)控器氣流量;氣壓調(diào)節(jié)模塊監(jiān)測(cè)氧氣監(jiān)控器實(shí)時(shí)氣壓。本系統(tǒng)特點(diǎn)如下:

(1) 與傳統(tǒng)的人工測(cè)試方法相比,本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,操作流程無(wú)需手工干預(yù)。同時(shí)系統(tǒng)還可以自動(dòng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析,使測(cè)試速率提高了72%。

(2) 設(shè)計(jì)了仿真模擬戰(zhàn)斗機(jī)真實(shí)氣壓變化的負(fù)壓艙(針對(duì)氧氣監(jiān)控器需求),能準(zhǔn)確地還原氧氣監(jiān)控器真實(shí)工作環(huán)境。負(fù)壓艙控制系統(tǒng)中使用了專門設(shè)計(jì)的壓力調(diào)節(jié)算法使之能夠快速靈活地控制負(fù)壓艙進(jìn)出氣口開閉以及抽氣系統(tǒng)的工作,提高了壓力調(diào)節(jié)的精度和速度。

(3) 在氧氣監(jiān)控器進(jìn)氣管路中采用了特殊開口設(shè)計(jì)的快速排氣裝置。氣流大小使用定制的比例調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制,加快了整體測(cè)試流程。比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)由氣流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控氣流大小,然后結(jié)合負(fù)壓艙內(nèi)壓力傳感器的采集數(shù)據(jù),使用特定算法得到比例閥開口大小，并以此來(lái)控制實(shí)時(shí)氣流大小。

1相關(guān)工作

以下介紹現(xiàn)今自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的研究狀況[7]。

1.1基于工控機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

工控機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、數(shù)量最多的工業(yè)控制設(shè)備之一。由于其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)潔、技術(shù)更新快,而且使用的Windows系統(tǒng)中有著豐富的軟件資源,因此獲得了大量測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)人員的關(guān)注。目前,基于工控機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)在中小型企業(yè)中占有很大的比例。

基于工控機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是以板卡的形式封裝輸入輸出通道,并將板卡直接插在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽上,無(wú)需使用額外的通信方式。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　基于PC機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2基于PLC的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

可編程序邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)被廣泛使用在工業(yè)控制領(lǐng)域中。它的主要特點(diǎn)為:① 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施,具有一定的故障自診斷能力;② 采用模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)組成靈活方便。

雖然PLC具有上述特點(diǎn),但它主要為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)計(jì)。20世紀(jì)90年代末,多數(shù)PLC產(chǎn)品都增加了計(jì)算機(jī)通信接口,通過(guò)總線將多臺(tái)PLC設(shè)備相連接,以這種方式將PLC靈活的控制性能與個(gè)人計(jì)算機(jī)的友好人機(jī)界面相結(jié)合,此類自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)被稱為PLCs。PLCs系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2　基于PLC的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)在軍用設(shè)備中的應(yīng)用

隨著世界各國(guó)國(guó)力的提升以及高科技的應(yīng)用,為了提高軍事設(shè)備的質(zhì)量與可靠性,大部分西方國(guó)家已經(jīng)開始設(shè)置了專門的機(jī)構(gòu)來(lái)研究軍事設(shè)備自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),其中以美國(guó)為主要代表[8-9]。

目前美國(guó)通用測(cè)試系統(tǒng)主要使用了模塊化組件配置的方法,依據(jù)不同測(cè)試流程和要求,以核心測(cè)試系統(tǒng)作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行模塊擴(kuò)展。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)性能的提升,美國(guó)也開始大量使用以Windows NT作為操作系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。但是現(xiàn)有的美國(guó)軍用自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)還有許多不足,主要存在系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用高、靈活性與通用性不足、測(cè)試系統(tǒng)換代更新成本高等問(wèn)題[10-12]。

工控機(jī)和PLC自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)都被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域,2種方法也各有其優(yōu)缺點(diǎn)：基于工控機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)硬件邏輯簡(jiǎn)單、靈活性低、交互性高；基于PLC的測(cè)試系統(tǒng)靈活性高,但是需要額外進(jìn)行編程控制,交互性低。

本文結(jié)合2種測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外軍用自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了使用工控機(jī)+數(shù)據(jù)采集卡+上位機(jī)軟件的方案,設(shè)計(jì)了一套通用性廣、自動(dòng)化程度高、交互性能好、測(cè)試效率高的氧氣監(jiān)控器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)[13-14]。本測(cè)試系統(tǒng)由硬件(包括機(jī)械部分)和軟件兩部分構(gòu)成。測(cè)試系統(tǒng)中硬件的重要部件有工控機(jī)、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、氣路管道、電機(jī)、氧氣監(jiān)控器、負(fù)壓艙、真空泵、減壓閥、各類傳感器和電磁閥等。測(cè)試系統(tǒng)的軟件運(yùn)行在工控機(jī)上,它按照測(cè)試流程控制硬件運(yùn)行、收集硬件系統(tǒng)中各信號(hào)量狀態(tài),進(jìn)行分析、處理、裁決、記錄和顯示,并以友好的界面與用戶進(jìn)行交互。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)氧氣監(jiān)控器測(cè)試項(xiàng)的整理以及參考人工測(cè)試的流程,最終設(shè)計(jì)了一套能夠全面模擬氧氣監(jiān)控器工作環(huán)境的硬件系統(tǒng)。

為了提高測(cè)試速率,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),針對(duì)不同測(cè)試項(xiàng)目的不同氣體要求設(shè)計(jì)了一套氣體管路系統(tǒng),通過(guò)對(duì)管路中電磁閥開關(guān)的控制來(lái)快速、高效地切換不同氣體,縮短了人工測(cè)試中切換氣路消耗的時(shí)間。針對(duì)機(jī)載電機(jī)扭矩和測(cè)速的測(cè)試,由于設(shè)備的特殊性,傳統(tǒng)測(cè)試方法中需要分別進(jìn)行組裝測(cè)試,嚴(yán)重阻礙了測(cè)試速率；為此設(shè)計(jì)了專用的扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)，由于測(cè)試精度要求極高,系統(tǒng)配備了定制化的高精度扭矩測(cè)速儀以及光柵傳感器,使得準(zhǔn)確性得到了保證,同時(shí)也使測(cè)試速率得到了很大的提升。通過(guò)此硬件系統(tǒng),各測(cè)試項(xiàng)目能夠同時(shí)進(jìn)行,在減少設(shè)備裝卸時(shí)間的同時(shí),又顯著提高了測(cè)試準(zhǔn)確率。本系統(tǒng)硬件部分主要由氣源系統(tǒng)、電機(jī)負(fù)載、氣壓模擬系統(tǒng)組成。硬件工作原理如圖3所示。

整個(gè)系統(tǒng)包括8個(gè)電磁閥、5個(gè)減壓閥、1個(gè)真空泵、2個(gè)氣壓傳感器、1個(gè)流量傳感器、1個(gè)電機(jī)扭矩傳感器、1個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。系統(tǒng)中,氣源為各測(cè)試項(xiàng)提供不同氧分壓值的氣體,負(fù)壓艙用于對(duì)機(jī)艙的高空環(huán)境進(jìn)行模擬。氧氣監(jiān)控器作為被測(cè)設(shè)備置于負(fù)壓艙中,同時(shí)為電機(jī)負(fù)載提供電源驅(qū)動(dòng)。流量傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)監(jiān)控器出口氣流量;氣壓傳感器用于對(duì)監(jiān)控器進(jìn)行氣密性測(cè)試;電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩傳感器分別用來(lái)測(cè)試轉(zhuǎn)速和扭矩。針對(duì)軍用設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)高準(zhǔn)確率的要求,在傳感器選取過(guò)程中,部分采用國(guó)外進(jìn)口的高精度傳感器,部分通過(guò)國(guó)內(nèi)軍用設(shè)備生產(chǎn)商進(jìn)行定制,嚴(yán)格保證傳感器的精確度與穩(wěn)定性。另外,在供電方面,采用了高精度的大功率電源,在供電線路布局方面,盡量減少線路長(zhǎng)度,通過(guò)隔離不同信號(hào)線來(lái)屏蔽外界干擾,保證信號(hào)傳輸過(guò)程中不受干擾。通過(guò)上述措施嚴(yán)格保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性,提高了測(cè)試準(zhǔn)確率。

(1) 氣源供給系統(tǒng)。系統(tǒng)中測(cè)試氣源分為4種,分別是壓縮空氣、氧濃度為50%的混合氣體、氧濃度為75%的混合氣體、氧濃度為98%的混合氣體;氣體管道分為4路,分別通入的是壓縮空氣、氧濃度為50%的氣體、氧濃度為75%的氣體、氧濃度為98%的高純氧氣體。這4路氣體都接入氧氣監(jiān)控器和負(fù)壓艙,另外，只有壓縮空氣還通向電機(jī)的負(fù)載;氧氣監(jiān)控器位于負(fù)壓艙的底座上,它的一側(cè)連接進(jìn)氣管道,測(cè)試時(shí)通過(guò)對(duì)電磁閥的開關(guān)控制來(lái)通入相應(yīng)的氣體[15]。氧氣監(jiān)控器進(jìn)氣管路中增加了用比例調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的出氣口,通過(guò)算法實(shí)時(shí)計(jì)算此時(shí)氣流量大小,然后控制出氣口的大小,極大了提高了測(cè)試速率。

(2) 負(fù)壓模擬系統(tǒng)。氧氣監(jiān)控器的測(cè)試需要提供0～10 800 m的高空環(huán)境,測(cè)試要求苛刻,因此設(shè)計(jì)了一套能夠模擬真空環(huán)境的負(fù)壓艙系統(tǒng)[16-17]。該負(fù)壓艙系統(tǒng)原理是通過(guò)內(nèi)置的高精度氣壓傳感器實(shí)時(shí)獲取艙內(nèi)壓力值,然后再根據(jù)大氣壓強(qiáng)與海拔高度轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的海拔高度值。其轉(zhuǎn)換公式為[18]:

(1)

其中,H為海拔高度;p為當(dāng)前某一高度的大氣壓值;p0為15 ℃時(shí)海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值,即101 325 Pa。

系統(tǒng)測(cè)試時(shí),氧氣監(jiān)控器置于負(fù)壓艙內(nèi),負(fù)壓艙進(jìn)氣口連接氣源,出氣口通向外界環(huán)境,同時(shí)負(fù)壓艙連接真空抽氣機(jī)。工控機(jī)的氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)控制抽氣與充氣來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)艙內(nèi)壓力的連續(xù)調(diào)節(jié)與控制,最終達(dá)到模擬海拔高度值。

(3) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。負(fù)壓艙氣壓、管道氣體流量、負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載電機(jī)扭矩分別由氣壓傳感器、氣流量傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳送到工控機(jī),同時(shí)輸送到相應(yīng)儀表顯示。數(shù)據(jù)采集卡具有8路模擬輸入、16路數(shù)字輸出通道,其中模擬輸入采集各傳感器的輸入信號(hào),數(shù)字輸出用來(lái)控制電磁閥、真空抽氣機(jī)的開關(guān)。

圖3　系統(tǒng)硬件原理圖

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)氧氣監(jiān)控器的內(nèi)控指標(biāo),主要測(cè)試項(xiàng)分別是氧分壓校準(zhǔn)、準(zhǔn)備時(shí)間測(cè)試、自檢測(cè)試、氧分壓報(bào)警高度測(cè)試、電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試、電機(jī)扭矩測(cè)試、氧氣監(jiān)控器管路氣流量測(cè)試以及氧氣監(jiān)控器的氣密性測(cè)試。由于測(cè)試項(xiàng)繁多,且大部分為獨(dú)立測(cè)試項(xiàng),因此在軟件設(shè)計(jì)中借鑒PLC模塊化思想,為每個(gè)測(cè)試項(xiàng)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的模塊進(jìn)行組件封裝。測(cè)試軟件通過(guò)XML文件配置方式對(duì)各個(gè)獨(dú)立模塊進(jìn)行插件化管理,由軟件主控模塊靈活調(diào)用。各個(gè)模塊通過(guò)與工控機(jī)配套的采集卡采集氧氣監(jiān)控器報(bào)警輸出信號(hào)以及各類傳感器數(shù)據(jù)。通過(guò)以上方式,使軟件的靈活性、通用性得到了提高。

3.1軟件功能模塊

測(cè)試系統(tǒng)軟件各功能模塊如圖4所示。

(1) 人機(jī)交互模塊。負(fù)責(zé)總體流程控制以及顯示當(dāng)前測(cè)試進(jìn)度和具體測(cè)試數(shù)據(jù)。

(2) 氣路控制模塊?？刂贫嗦冯姶砰y的開閉，檢測(cè)其是否處于正常工作狀態(tài)。

(3) 串口通信模塊。用來(lái)實(shí)現(xiàn)氧分壓的自動(dòng)校準(zhǔn)以及與負(fù)壓艙的通信。

(4) 數(shù)據(jù)采集模塊?？刂茢?shù)據(jù)采集卡的A/D采樣和輸入與輸出(I/O)。

(5) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊。統(tǒng)計(jì)測(cè)試流程中同一批次的每個(gè)氧氣監(jiān)控器的被測(cè)結(jié)果;統(tǒng)計(jì)有故障的氧氣監(jiān)控器編號(hào)和測(cè)試結(jié)果。

(6) 測(cè)試報(bào)表模塊。將測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)生成文件存檔,便于測(cè)試人查看。

圖4　軟件功能模塊

3.2軟件測(cè)試流程

軟件測(cè)試方式分為整體測(cè)試和自定義測(cè)試。軟件啟動(dòng)后,用戶必須先決定是否采用自定義測(cè)試,測(cè)試流程如圖5所示。

圖5　軟件測(cè)試流程圖

如果采用自動(dòng)測(cè)試,系統(tǒng)首先進(jìn)行準(zhǔn)備時(shí)間測(cè)試。準(zhǔn)備時(shí)間測(cè)試完成后,判斷氧分壓值是否合格。若氧分壓值不合格,則自動(dòng)執(zhí)行氧分壓校準(zhǔn)功能,直到氧分壓值合格為止,然后執(zhí)行下一步操作;若氧分壓值合格,則不進(jìn)行氧分壓校準(zhǔn),直接自動(dòng)化且順序執(zhí)行自檢測(cè)試、報(bào)警高度測(cè)試、氣流量測(cè)試、氣密性測(cè)試、電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試和電機(jī)扭矩測(cè)試。

如果采用自定義測(cè)試,用戶首先根據(jù)需求選擇需要測(cè)試的項(xiàng),然后開始測(cè)試。此時(shí)軟件會(huì)在后臺(tái)自動(dòng)依次判斷哪些項(xiàng)被選中，然后，順序執(zhí)行選中的測(cè)試項(xiàng),直到測(cè)試結(jié)束。

3.3軟件界面設(shè)計(jì)

由于本測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化,無(wú)需人工干預(yù),因此軟件用戶界面是與用戶交流最重要的窗口,用戶通過(guò)軟件界面來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行和獲取系統(tǒng)運(yùn)行信息。在此背景下,軟件界面設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的可操作性和便捷性?？紤]到測(cè)試系統(tǒng)的用戶友好性,設(shè)計(jì)的界面主要包括被測(cè)監(jiān)控器編號(hào)、氧氣監(jiān)控器型號(hào)、監(jiān)控器電壓、氧分壓校準(zhǔn)、虛擬儀表、測(cè)試報(bào)表、測(cè)試進(jìn)度、被測(cè)監(jiān)控器的各測(cè)試項(xiàng)狀態(tài)顯示等模塊。電源狀態(tài)欄顯示當(dāng)前接入電壓的伏值;虛擬儀表空出3路探針,方便其他用途;測(cè)試報(bào)表生成要求的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù);測(cè)試進(jìn)度條會(huì)提示當(dāng)前進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)名稱、測(cè)試的基本要求和當(dāng)前測(cè)試進(jìn)度,以便給予用戶直觀的時(shí)間概念。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)完成后,選取2個(gè)氧氣監(jiān)控器分別進(jìn)行人工測(cè)試與自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)各100次,共200次實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試準(zhǔn)確率見(jiàn)表1所列。

表1　準(zhǔn)確率實(shí)驗(yàn)結(jié)果　%

人工測(cè)試中,需要把每個(gè)測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試,因此要不斷地拆卸氣路管道、重置電路連接線、校驗(yàn)儀器等操作,而且難以仿真海拔高度的各種變化,很多操作都是憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn),過(guò)程也繁瑣復(fù)雜,易造成測(cè)試不準(zhǔn)確。本文所提出的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)仿真飛行中海拔高度變化,并采用高精度的傳感器對(duì)氧氣監(jiān)控器進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。從表1中結(jié)果可以看出,人工測(cè)試因?yàn)榇嬖诟鞣N人為操作的因素,測(cè)試結(jié)果不是很準(zhǔn)確。但是在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)系統(tǒng)真實(shí)的飛行環(huán)境模擬和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的流程測(cè)試,測(cè)試準(zhǔn)確率達(dá)到了100%。

每個(gè)測(cè)試項(xiàng)在人工測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試中的時(shí)間花費(fèi)見(jiàn)表2所列。

表2　測(cè)試時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)間效率提高到2.13～6.55倍,整個(gè)測(cè)試時(shí)間從原來(lái)人工測(cè)試的96.1 min縮短到27.5 min,效率增加到3.49倍。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文氧氣監(jiān)控器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的使用使氧氣監(jiān)控器測(cè)試工作在保證準(zhǔn)確率的同時(shí)變得簡(jiǎn)單高效。

5結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)完全滿足了氧氣監(jiān)控器性能測(cè)試需要,提供了產(chǎn)品測(cè)試所需要的各種參數(shù),真實(shí)地模擬了氧氣監(jiān)控器的實(shí)際飛行環(huán)境。同時(shí),該自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化,測(cè)試過(guò)程無(wú)需人工干預(yù),顯著地提高了測(cè)試效率,節(jié)約了時(shí)間成本。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析,氧氣監(jiān)控器測(cè)試的準(zhǔn)確率達(dá)100%,極大地提高了測(cè)試的準(zhǔn)確率,同時(shí),測(cè)試時(shí)間大大縮短，時(shí)間效率提高到3.49倍。目前,該自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)投入軍事應(yīng)用中。

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(責(zé)任編輯胡亞敏)

Automatic test system of airborne oxygen monitor

ZHAO Li-guang1,LIANG Hua-guo2,HUANG An-quan2,XU Da-wen2

(1.School of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.School of Electronic Science and Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract:As the airborne equipment which is used to adjust and monitor the air supply of pilots, the quality of oxygen monitor is related to the pilot’s life safety,and it is necessary to evaluate the function and performance of it by rigorous and reliable tests. In order to improve the test quality of oxygen monitor, a kind of automatic test system based on industrial personal computer(IPC) for airborne oxygen monitor is presented, which can accurately and efficiently simulate aircraft negative pressure environment, oxygen generating system, extreme power supply condition and variable load of motor. The expansion circuit board is designed which communicates with oxygen monitor by signal of the IPC socket. The system has the high precision sensor of flow, air pressure, speed and torque to achieve the comprehensive performance test of oxygen monitor. The experimental results show that the system achieves the test speed 3.49 times larger than the manual test method, and the accuracy of the oxygen monitor increases to 100%.

Key words:oxygen monitor; industrial personal computer(IPC); automatic test; negative pressure environment; test efficiency

收稿日期：2015-10-15；修回日期：2015-12-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61274036;61402146;60444001;61574052)

作者簡(jiǎn)介：趙利光(1989-),男,山西呂梁人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生; 梁華國(guó)(1959-),男,安徽合肥人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.05.015

中圖分類號(hào):TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5060(2016)05-0647-06