基于“柔性测试”技术的军工测试系统设计

作者：高天虹 汪海波　北京中科泛华测控技术有限公司 来源：电子产品世界 

现代军工测试系统面临的新挑战

      现代军工行业特点要求我们在搭建测试系统时，需要充分考虑其对以下几方面的需求。

　　1.测试系统的可靠性需求：这种可靠性包括软、硬件平台的可靠性，即开发性平台本身应具备高可靠性，并且要求所选平台能够具备一定程度的长期支持性。

　　2.测试系统的精确性需求：体现在测试精度、准度以及通道数量等方面。

　　3.测试系统的适应性需求：针对现代军工测试系统待测信号类型众多，测试步骤灵活等特征，测试系统应当最大限度地为测试人员提供可自定义的多功能适应性空间，无论测试步骤还是硬件资源，均可进行灵活配置，真正做到量身定做、随需而动。

　　4.测试系统的扩展性需求：从快速变化的趋势考虑，需要为测试系统提供多元化的扩展空间，保证其最大程度的复用，节约开发周期及成本等。

　　满足军工行业测试

　　系统需求的“柔性测试”技术根据现代军工行业的发展需求，同时结合泛华测控多年来在军工测试领域的耕耘实践，泛华测控率先在业界提出了构建测试系统的核心技术—“柔性测试”技术。它是以虚拟仪器技术、测试测量技术、机电一体化技术、软件技术、通信及网络技术等为基础，以测试系统的精确性、可靠性、适应性、灵活性和拓展性为研究目标，关注测试测量系统的整体功能及性能，对满足测试测量系统需求的方法及手段进行深入研究的一门技术。“柔性测试”技术的提出正符合了军工行业测试系统对其可靠性、精确性、适应性和扩展性的需求，其不仅可指导军工行业的测试系统搭建，它也必然是当前中国测试技术发展的趋势。

　　下面将通过实际应用案例来说明如何构建一个满足军工行业多方面需求的测试系统。

　　基础平台的选择

　　硬件平台

　　针对现代军工测试系统信号类型多并且信号间的关联程度高的特点，及结合“柔性测试”技术对于追求测试系统可靠性、适应性、扩展性等需求的核心设计理念，我们选择了基于计算机的高可靠性平台PXI。

　　当然，在硬件平台的选择方面有很多备选方案可供选择，我们选择的是能满足军工行业发展需求的，同时在测试测量领域较好的方案。PXI既避免了使用普通的PC机在运输、环境、工作条件等方面的压力，又避免了使用传统测试仪器为其带来的低复用性和高成本的问题。PXI平台不仅从品质上满足了可靠性、高性能等需求，模块化的结构也使得适用性及扩展性得以保障。

　　应用案例

　　某型通用测试系统，如图1所示，是基于PXI-SCXI混合机箱搭建，该系统具备极高的信号适应性，具备对压力、电压、温度、频率、转速等不同类型信号的采集能力，大大节约了硬件成本，实现了对不同信号类型的统一整合测量。

软件平台

　　泛华使用图形化的编程语言LabVIEW。至今LabVIEW在测试测量领域处于主导地位，它专门为测试测量而优化，内部整合了众多测试测量过程中会用到的相关函数，在工程师搭建测试系统时，大大节约了时间及人力成本。另外，针对军工测试中对可靠性及高性能的需求，LabVIEW同时具备的RT版本更是确定了LabVIEW最为软件开发平台的地位，使得工程师可以在Windows的平台上开发程序，之后自动部署到实时目标中去，使得编程过程大大简化了。对于测试系统，采用实时操作系统，可以保证系统响应的确定性，长时间进行可靠的数据采集。

　　应用案例

　　如图2所示，是用LabVIEW设计的某型发动机测试系统最终应用程序的软件界面，顶端的系统级按钮，主题部分的瞬态数据显示及预警，波形信息的显示以及报表生成等功能一应俱全，客户很好的满足用户的测试需求。

　　精准耐用的连接器

　　系统的性能高低往往取决于其性能最薄弱的一个环节，即所谓的“木桶效应”，现在，即使一个测试系统已经具备了高性能的软硬件平台，也并不能确保整个系统的高性能。由于军工测试系统本身涉及到的信号类型众多，信号间势必会有极大的干扰，整个测试系统所处的电测环境十分恶劣。综上所述，军工测试系统性能的最薄弱环节往往出现在信号连接器上。所以我们通过采用国际通用的信号接入方法，为用户提供精准耐用的连接器。

　　应用案例

　　某风电测试系统，根据实际情况针对系统的信号连接器部分，为实现测试系统资源与被测件测试信号的可靠连接，信号电气连接器装置必须具有测试要求的功率容率、信号频率和使用寿命，由电气连接器所引入的附加信号衰减和干扰必须控制在测试所允许的范围内，所以采用了模块化的混装连接器，如图3所示。

　　此种连接器具备以下特点：

　　高性能：采用线簧连接器，接触可靠，高插拔次数，具有接触电阻小、负载电流大、抗震性能好及插拔力轻等优点。

　　适用性：根据实际信号情况把所有传感器信号分为3组分别进行混装连接，每个连接器内部，均采用模块化的设计，用户可以对所需的信号类型及路数进行自定义的设置，模块化设计，便于升级及维修。

　　可靠性：使用耐高温的高质量屏蔽线缆进行连接，最终使信号连接器部分对整个系统的影响降到最低。通用的软件分层架构

　　在开发应用程序的过程中，通过软件分层架构可以有助于工程师们高效的开发应用测试程序。如图4所示，这样的五层架构并非绝对层次，而是相对意义上的层次或功能层次的划分。五个层次各具功能，协同起来可很好的达到可靠、适用、拓展的测试系统需求。

　　用户界面层：负责人机对话和数据显示等。

　　管理层：包括对系统硬件资源、标定信息、试验流程配置、试验操作以及试验数据进行管理。

　　通信层：为主控终端提供原始数据引擎和状态数据引擎。为实时采集系统提供配置信息和命令数据引擎。

　　测试流程控制层：这一层是执行端层次的核心结构，负责解析管理层的配置信息和命令参数并控制程序按照用户配置的测试流程执行。同时向硬件驱动层发送指令和提取数据、分析数据，将原始数据和处理结果传送到通信层。

　　硬件驱动层：为测试流程控制层和数据采集输入设备、振动噪声采集设备、数字I/O设备等建立标准接口，从输入设备采集数据并发送到试验流程控制层。

　　应用案例

　　如图5所示，某测试系统的应用程序提供了系统资源配置功能，程序运行时，系统会自动检测到所有的硬件资源。在设备列表中列写出来，用户只需根据实际传感器连接情况，对使用的设备进行使能选择，并且可以配置相关的信息，比如通道名称、传感器类型、标定信息等。大大提高了系统的灵活性，给用户提供最大限度的适用性空间，可以实现灵活的测试步骤和测试方法，满足多种测试需求。

　　综上所述，要建立一个高效的军工测试系统，不仅需要在系统建立最重要的三方面有优化、合适的选择(即系统的软硬件平台、连接器及软件结构)，而且也需要具有系统化、发展性的设计技术理念的核心思想。同时，作为测试系统其本质不仅要具备测试行业本身的特性需求，还要顺应其行业发展趋势及特点，从技术发展及实际应用环境的角度来设计测试系统。

　　这样才能在最大程度上满足军工行业对测试系统在可靠性、精确性、适应性和扩展性方面的发展需求，从而构建高效、精确的军工测试系统。