Применение крейтов LTR в автоматизированных информационно-измерительных системах испытаний авиационных двигателей

Внедрение: 2014 г.

Одним из сложных вопросов при построении автоматизированных информационно-измерительных систем испытаний (АИИС) авиационного двигателя является измерение и обработка вибрации на корпусе двигателя и его агрегатах.

Для измерения вибрации применяются  индукционные датчики виброскорости и пьезоэлектрические датчики виброускорения.

Например,  у используемых на ОАО ”УМПО” индукционных датчиков виброскорости МВ-25 и  МВ-27 (Рис.1) напряжение выходного сигнала переменного тока составляет до 1000 мВ, а информативная частота сигнала - до 1000 Гц. 

Рис.1

У пьезоэлектрических датчиков АВС-117-03 или АВС-117-06 (Рис.2) величина выходного заряда пропорциональна виброускорению и для подключения к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) используются усилители заряда. Информативная частота сигнала пьезоэлектрических датчиков может составлять до 20 кГц и более.

Рис.2

Частота опроса сигналов датчиков вибрации с помощью АЦП составляет от 2000 до 50000 Гц (и более).

Одной из решаемых задач по измерению и обработке вибрации стало измерение вибрации с помощью трех датчиков МВ-25 на корпусе компрессора и одного датчика МВ-25 на корпусе турбины вспомогательного авиационного двигателя, приспособленного для генерации сжатого воздуха на установке испытания  камеры сгорания.

Длительное время для измерения сигналов датчиков вибрации на разработанных и внедренных в ОАО “УМПО” АИИС ( СТА 1/1999 и СТА 3/2012 ) успешно применяются АЦП L-1221 с интерфейсом ISA, производившиеся на предприятии ООО “Л Кард”, г. Москва, www.lcard.ru  (Рис.3).

Рис.3

Однако данные АЦП давно сняты с производства, да и сама шина ISA признана устаревшей и отсутствует в современных компьютерах.

При поиске новых решений  были сформулированы основные требования к аппаратуре измерения вибрации:

• применить специализированный измерительный контроллер как функционально законченное устройство;
• измерительный контроллер должен быть сертифицирован Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии  c присвоением Свидетельства об утверждении типа средств измерений;
• программное обеспечение контроллера должно быть открытым.

Применение законченного решения удобно тем, что не приходится cамостоятельно разрабатывать специализированное программное обеспечение: разработчик устройства всегда сделает это лучше стороннего программиста.

Наличие Свидетельства об утверждении типа средства измерения не освобождает разработчика от процедуры сертификации АИИС в целом,  однако существенно упрощает как процедуру сертификации, так и последующее обслуживание АИИС в ходе эксплуатации.

Требование к открытости ПО контроллера вытекает из того, что в АИИС ОАО “УМПО” применяется операционная система жесткого реального времени QNX (www.qnx.com), для которой прикладное ПО контроллера должно быть собственноручно скомпилировано.

Рассматривались решения известных производителей виброаппаратуры:

• измерительные комплексы MIC НПП “Мера”;
• система мониторинга и диагностики стационарная ООО “Альконт”;
• контроллеры измерения вибрации ООО “Новатест”;
• контроллеры PXI  от National Instruments.

Производимый ООО “Л Кард” крейт LTR-U-2-5 c 4-х канальным модулем АЦП LTR22 и Ethernet-интерфейсом (Рис.4 и Рис.5) удовлетворил всем сформулированным выше требованиям.

Рис.4

Рис.5

Модуль LTR22 представляет собой модуль 16-разрядных сигма-дельта АЦП (Рис. 6) и имеет четыре параллельных синхронных канала. Каждый канал имеет высококачественный дифференциальный вход, сигма-дельта АЦП, встроенный фильтр нижних частот и программно включаемый фильтр верхних частот для компенсации постоянной составляющей сигнала.

Рис.6

Частота преобразования АЦП от 3.472кГц до 78.125кГц.

Входное сопротивление дифференциального входа не менее 10 МОм в рабочем режиме. Предельно допустимые напряжения на аналоговых входах (защита входов) не менее 20 В во включенном и выключенном состоянии.

При выборе схемы подключения датчиков вибрации специалисты “ООО Л Кард” оказали помощь через форум технической поддержки. В ходе обсуждения были подробно рассмотрены вопросы помехозащищенности измерительных каналов, преимущества и недостатки нескольких вариантов подключения и наконец, был выбран лучший способ подключения, согласно эскизу (Рис.7), который и  был реализован.

Рис.7

Программное обеспечение подсистемы измерения вибрации состоит из программы-сервера ltrd и прикладной программы m_ltr22.

Программа-сервер компилируется из открытых исходных текстов, выложенных на сайте "Л Кард". Специалисты "Л Кард" оказали помощь при подготовке дистрибутивов сервера ltrd как для ОС QNX4, так и для ОС QNX6.

Программа ltrd устанавливает связь с LTR-крейтом и организует взаимодействие прикладных программ-клиентов с аппаратурой крейта. Обмен данными происходит по протоколу TCP/IP.

Программы-клиенты запускаются для каждого работающего в составе LTR-крейта модуля и используют готовую и задокументированную библиотеку функций для обслуживания соответствующего аппаратного интерфейса.

В частности для обслуживания модуля АЦП LTR22 используется несколько функций:

• LTR22_init() – инициализация структуры данных для дальнейшей работы с интерфейсом;
• LTR22_open() – установка связи с нужным интерфейсом, выяснение серийного номера и версии прошитого в нем ПО;
• LTR22_setADCRange() – задание входного диапазона аналогового сигнала для каждого канала АЦП;
• LTR22_setADCChannel() – включение/выключение в работу каналов АЦП измерения нуля АЦП для компенсации температурного дрейфа;
• LTR22_SetFreq() – устанавливает частоту выполнения измерений;
• LTR22_StartADC() – запустить АЦП в работу;
• LTR22_Recv() – получить очередную порцию данных по работающим каналам АЦП. Данная функция завершает свою работу, когда буфер данных прикладной программы заполняется результатами измерений;
• LTR22_ProcessData() – преобразует коды АЦП в физические единицы электрического сигнала.

Наличие готовой библиотеки функций позволило в короткие сроки разработать прикладную программу m_ltr22, которая принимает разультаты измерения с датчиков МВ-25, вычисляет среднее квадратичное значение СКЗ величины виброскорости по каждому каналу, производит цифровое дифференцирование и вычисляет СКЗ величины виброперегрузки по каждому каналу.

В конечном итоге результаты измерения и обработки выводятся на монитор испытателя-механика  в виде мнемосхемы узла газогенератора примерно как на Рис.8

Рис.8

Широкий набор плат АЦП, ЦАП, других интерфейсов для аналогового и дискретного ввода-вывода,  удобная техническая поддержка, высокая надежность, наличие сертификата описания типа позволяют рассматривать LTR-крейт как основу для создания полноразмерных АИИС с достижением высоких технических и экономических показателей.

Материалы предоставлены ОАО ”УМПО” для данной публикации.

Разработчик: ОАО ”УМПО”