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发动机试验数据采集系统集成及应用

【试验工程师·公益学习营】第十期第3讲

【试验工程师·公益学习营】总第48讲,于2020年12月11日如期举行,本期讲师 付蒙,西北工业大学博士,TU Kaiserslautern访问学者,主要研究领域包括振动及振动主动控制、试车台控制与测量系统设计。

本期课程重点分为以下四个方面:发动机数据采集概述、数据采集系统基本工作原理、发动机数据采集系统集成及应用和全域数据采集及共享。

一、发动机数据采集概述

发动机试验是新型复杂产品品质鉴定、性能验证、指标评测的重要依据。发动机试车台的建设则是以进行试验采集数据、获取发动机参数为目的的。发动机数据采集系统的完成,用以对试验过程中发动机内外流的温度、压力、流量、振动、电信号等参数进行测量、采集、监视、存储及分析等工作。试验中采集的数据具有专业数据多、过程数据多、文件格式多、试验相关信息多、数据量大等特点,因此对于数据采集系统基层数据分享形式要求比较高。

 

二、数据采集系统基本工作原理

试车台数据采集系统通过一系列工作,满足试验过程中各项运行数据的记录工作。数据采集系统相对独立运行,综合国内外多家从事数据采集的厂家和自身的使用经验来讲,数据采集系统可以分为稳态采集和动态采集两大类。

稳态采集用于数量多、测量需求简单且不需要对数据进行二次处理即可使用的信号采集。动态采集用于测量需求复杂,需要在采集过程中或采集后对数据进行后处理才能够使用和分析的信号采集。

数据采集系统基本工作原理分为以下几种:

  1. 气体压力信号采集
  • 低压气体,扫描阀直接将物理量转化为数字信号

  • 高压气体,压力传感器信号由采集卡转化为数字信号

2、温度信号采集

  • 温度扫描阀直接将物理量转化为数字信号

  • 温度信号经隔离模块由采集卡转化为数字信号

3、各类传感器信号采集

传感器信号采集包括:流量、压力、速度、加速度、振动、电流、电压等,通过传感器将物理信号转化为模拟信号,经由隔离模块转换为4-20mA的电流信号或0-5V电压信号,再通过信号线缆将信号传输至采集设备。

 

 

三、发动机数据采集系统集成及应用

测量系统硬件主要由数据采集系统、传感器、电源、电缆、机柜以及管线等附件组成,包含动态采集系统、气体压力扫描系统、温度扫描系统、电信号及总线采集系统等。

常用的多通道采集系统总线技术分为VXI、PXI、LXI三大类。

 

 

VXI

PXI

LXI

预期寿命

规范严格,大量用户实际经验非常耐用

依赖PC/IT,很难长期使用

基于以太网,可长期应用

抗干扰性

非常高

较差

一般

电源

内部多种电压规格

内部三种电压规格

暂无资料

控制器结构

相互独立

嵌入式

一体式

整体结构

专用机箱,体积较大

专用机箱,体积居中

模块化,体积不固定

使用距离

基于1394接口,距离近

可采用网线,距离较远

网线和光纤,理论距离无限制

价格

相对其他较高

相对其他较低

相对其他居中

价格相比值

200%

100%

160%

用户及规模

多行业广泛应用

部分行业较少应用

目标群接近VXI

其他

仅用于测量

可用于测量、控制

灵活搭配,多种用途

 

PXI采集系统是常用的多通道采集系统总线技术,用于电信号采集,由高气体压力、液体压力、流量等传感器输出的电流、电压信号等几部分组成。

PSI测量系统用于气体压力测量,主要由稳态上位机、PSI90DB数据集会器、专用信号线缆、PSI9216压力扫描阀等组成。

动态采集系统用于测量振动信号等高频数据,其组成核心是测试硬件及分析软件。

 

 

国内

国外非一线

国外一线

硬件品质

同质化,性能一般

同质化,性能一般

独立研发,性能高

硬件价格

相对最低

相对居中

相对最高

硬件价格相对比值

100%

80%-200%

150%-250%

软件品质

功能简单、易用

功能居中,易用性居中

功能复杂,操作难度大

软件价格

不单独收费

不单独收费

单独收费,按套数和内部模块收费,费用高

抗干扰性

耐用性

未知

汉化情况

中文版本

少部分厂家汉化

无汉化

软件定制

可以定制

不可定制

不可定制

售前服务

较好

较好

较好

售后服务

较好

不确定

较好(政治因素除外)

技术支持

问题处理

未知

 

不同动态系统的实用性分析,现阶段试验对动态采集系统的需求,按以下类型进行简要说明:

1、测量目的明确统一,使用模式固定

2、测量目的近似,使用模式不固定

3、测量目的不同,使用模式不同

 

四、全域数据采集及共享

当前,发动机试验数据共建共享存在诸多问题:各部门各专业整体协作力差,数据交互困难;准备工作效率低;数据规范性差;缺乏试验流程整体数采;试验数据不能充分挖掘,数据关联性分析匮乏;安全措施保障不足;数据分析工具匮乏;试验问题协调差,试验实施效果差。

 

发动机试验全域数据采集

 

建立试验数据库,对试验过程的每一个环节进行数据采集,为设计人员、装配人员、质量人员、管理人员和指挥决策人员进行综合信息的查询、回放分析、处理、科研管理、决策等提供支持。建立试验数据库,首先需要设置合理的数据存储方式。

试验数据共享协同是一项复杂的系统工程,通过科学的管理手段实现对试验数据的有效运用。建立对发动机试验的试验数据共享协同,大大地提高了试验数据管理与应用的科学水平。

 

发动机试验数据共享

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