風洞測控系統(tǒng)
前 言
風洞是空氣動力學(xué)研究和實驗中最廣泛使用的工具，廣泛應(yīng)用于航空航天工程、交通、運輸、房屋、建筑、風能利用、環(huán)境保護等各個方面，研究空氣動力學(xué)的基本規(guī)律，以驗證和發(fā)展有關(guān)理論，并直接為各種飛行器的研制服務(wù)，通過風洞實驗來確定飛行器的氣動布局和評估其氣動性能。
風洞主要由洞體、驅(qū)動系統(tǒng)和測控系統(tǒng)三部分組成，其中測控系統(tǒng)在風洞實驗中占據(jù)著重要地位，其作用是按預(yù)定的實驗程序，控制各種閥門、活動部件、模型狀態(tài)和儀器儀表，并通過天平、壓力和溫度等傳感器，測量氣流參量、模型狀態(tài)和有關(guān)的物理量。
四川拓普測控科技有限公司有一批從事風洞測量控制系統(tǒng)的隊伍和專家，已為國內(nèi)多個風洞完成了測控系統(tǒng)設(shè)計制造，可以承接“風洞測量系統(tǒng)設(shè)計安裝調(diào)試”（包括天平測力系統(tǒng)、風洞壓力測量系統(tǒng)、PXI總線平臺動態(tài)信號測試系統(tǒng)）及“風洞控制系統(tǒng)設(shè)計安裝調(diào)試”（包括穩(wěn)風速控制系統(tǒng)、馬赫數(shù)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)、攻角控制系統(tǒng)、移測架控制系統(tǒng)、風洞運行安全監(jiān)控系統(tǒng)、風洞流場校測系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)）的工程設(shè)計及施工工作。
常規(guī)風洞測控系統(tǒng)是由四川拓普測控科技有限公司針對常規(guī)風洞相關(guān)實驗需求而定制開發(fā)的一套專門應(yīng)用于低速、亞音速及跨音速風洞實驗的測控系統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)專門針對常規(guī)風洞實驗，提供了包括“馬赫數(shù)(Ma)控制子系統(tǒng)”、“模型姿態(tài)控制子系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)測量子系統(tǒng)”、“實驗監(jiān)視子系統(tǒng)”及局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在內(nèi)的風洞測控系統(tǒng)解決方案，滿足常規(guī)風洞實驗中的穩(wěn)風速控制、馬赫數(shù)控制、轉(zhuǎn)盤控制、攻角控制、移測架控制以及測試信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)分析等要求，還配置了風洞運行安全監(jiān)控及流場校測等設(shè)備，也可根據(jù)用戶具體項目情況靈活調(diào)整配置或定制專用功能。
系統(tǒng)功能與特點
整套風洞測控系統(tǒng)由“控制子系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)測量子系統(tǒng)”、“實驗監(jiān)視子系統(tǒng)”、“局域網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)”及“分析處理子系統(tǒng)”五部分組成，硬件采用PXI總線平臺，軟件采用虛擬儀器技術(shù)，通過分布式局域網(wǎng)絡(luò)進行管理，具有較高的自動化程度、較強的可靠性和較大的擴展性，并便于使用、維修和保養(yǎng)；同時具有較強的實驗?zāi)芰拖冗M的技術(shù)指標，完全滿足低速、亞音速及跨音速等常規(guī)風洞實驗項目的測量、控制需要；
控制子系統(tǒng)包括“馬赫數(shù)控制子系統(tǒng)”及“模型姿態(tài)子系統(tǒng)”兩部分，前者可通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，實現(xiàn)風洞流場馬赫數(shù)的自動控制；后者可通過計算機控制步進電機實現(xiàn)模型姿態(tài)角（攻角）的控制；
數(shù)據(jù)測量子系統(tǒng)包括“動態(tài)測量”及“靜態(tài)測量”兩部分。采用多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)、智能調(diào)理器技術(shù)及虛擬儀器軟件技術(shù)，集成多通道數(shù)據(jù)采集器和前端信號調(diào)理器在一個機箱內(nèi)，能夠完成常規(guī)風洞實驗多種動、靜態(tài)信號的采集記錄及數(shù)據(jù)的分析、處理；信號調(diào)理器單元通道數(shù)可依據(jù)需要在16～64個通道間靈活選擇，輸入方式為四芯接口，可以智能化地適應(yīng)兩線制、三線制及四線制傳感器，為前端傳感器提供橋壓、ICP恒流源激勵及放大、濾波、供橋等功能；數(shù)據(jù)采集器單元是基于10/100BASE-T以太網(wǎng)控制接口的多功能網(wǎng)絡(luò)化測量模塊，模擬輸入通道數(shù)可在16～64個通道間靈活選擇，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，可以實現(xiàn)Web遠程訪問、遠程監(jiān)控和遠程數(shù)據(jù)上傳等分布式應(yīng)用；
實驗監(jiān)視子系統(tǒng)包括攝像頭、云臺、存儲器等部分，可實現(xiàn)對實驗段調(diào)壓閥關(guān)鍵部位、測量裝置運行情況及實驗?zāi)Ｐ蜖顟B(tài)全方位視頻監(jiān)視；
局域網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)采用分布式局域網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP 協(xié)議，能夠建立整個系統(tǒng)統(tǒng)一的物理基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和集中管理，并與外部互聯(lián)；
分析處理子系統(tǒng)采用虛擬儀器軟件技術(shù)，內(nèi)嵌常規(guī)風洞實驗臺專用測試及算法模塊，能夠?qū)y控系統(tǒng)平臺一體化，實現(xiàn)各子系統(tǒng)安全連鎖、遠程控制、硬件設(shè)置、前級調(diào)理智能識別、自動平衡、自校準、自動檢測報警、控制采集、參數(shù)校準、實驗前調(diào)試、工程標定、波形顯示、讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理分析、存盤、打印及通訊功能，具有高速的實驗信息通訊控制和實驗數(shù)據(jù)傳輸能力，能及時以圖、表方式顯示、比較實驗數(shù)據(jù)，快速生成用戶指定格式的測試報告，并提供數(shù)據(jù)存儲、管理、查詢、輸出、發(fā)布等功能；
系統(tǒng)設(shè)計和施工中采用多種抗干擾措施，如：測控設(shè)備遠離電機，加裝電源隔離變壓器，動力線與信號線分開走線并穿鐵管，設(shè)備地線匯總接地，采用屏蔽信號線，選配高精度數(shù)據(jù)放大器及調(diào)理器，采用信號濾波、放大等，使整個系統(tǒng)抗干擾能力得到較大加強。
風洞實驗專用測控系統(tǒng)
系統(tǒng)配套軟件是基于Windows 2000/XP環(huán)境下的虛擬儀器軟件，安裝于上位機，它具有全漢化的儀器控制界面，通過TCP/IP協(xié)議與各系統(tǒng)聯(lián)接進行通訊及遠程控制，實現(xiàn)系統(tǒng)平臺一體化及控制、測量各子系統(tǒng)安全連鎖；它具有高速的試驗控制信息通訊和試驗數(shù)據(jù)傳輸能力，能及時以圖、表方式顯示、比較試驗數(shù)據(jù)；提供控制系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置、調(diào)理器設(shè)置、波形滾動顯示、讀取數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、管理、查詢、輸出、發(fā)布及測試結(jié)果計算、測試報告生成等功能。
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