УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для контроля параметров радиоэлектронных объектов, и может быть использовано в системах автоматизированного контроля и диагностики радиоэлектронных объектов. Основной областью применения является наземный контроль бортовых систем авиационной техники в ходе регламентных работ.
Существующие автоматизированные измерительные стенды, предназначенные для комплексного контроля тех или иных бортовых систем авиационной техники, позволяют производить весь процесс проверки системы автоматически. Недостатком таких стендов является объединение в каждом стенде специальных блоков и алгоритмов контроля, специфических для каждого типа бортового оборудования, с измерительными блоками общего назначения, одинаковыми для всех стендов и не зависящими от типа проверяемого оборудования и алгоритма проверки. Таким образом, существенно повышается техническая сложность каждого стенда и суммарная стоимость закупаемого оборудования при оснащении центра по регламентному обслуживанию и ремонту авиационной техники.
При комплексном контроле бортовых систем авиационной техники используется большое количество универсальных контрольно-поверочных устройств общего назначения для проверки тех или иных электрических параметров радиоэлектронных систем и сигналов - осциллографы, анализаторы спектра, вольтметры и т.д., подключенных к различным измеряемым каналам. Устройства управляются оператором вручную каждое по отдельности. Информация с устройств снимается оператором визуально. (Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения. Учебн. пособие для вузов. М. Радио и связь, 1993 г.)
Основными недостатками такого построения измерительных систем являются:
необходимость подведения питания отдельно к каждому из устройств;
большая избыточность системы за счет вхождения одних и тех же функциональных блоков в состав различных контрольно-поверочных устройств, не работающих либо не наблюдаемых совместно;
различные органы управления и интерфейсы информационного обмена у однотипных приборов (вольтметров, осциллографов и т.д.) разных производителей;
различные сроки эксплуатации и периодичность поверок у различных приборов, входящих в одну систему;
большие габариты системы за счет необходимости размещения приборов в специальной стойке, а также за счет конструктивного исполнения приборов в отдельных корпусах, с отдельными источниками питания, органами управления и органами индикации;
необходимость ручного управления большим количеством различных приборов и невозможность сохранения результатов измерений.
Известны измерительные системы с использованием приборных интерфейсов КОП или GPIB. При подобном построении измерительных систем приборы объединяются через специальный интерфейс, позволяющий производить обмен данными и командами. Управление обменом данными производится либо при помощи персонального компьютера, либо, в простых системах с небольшим количеством приборов, от ведущего прибора. Информация снимается визуально либо при помощи специального ПО, установленного на управляющем компьютере. В таких системах появляется возможность автоматизировать измерения. (Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения. Учебн. пособие для вузов. М. Радио и связь, 1993 г. стр. 107-119)
Основными недостатками измерительных систем, построенных на приборных интерфейсах КОП и GPIB, являются:
невысокая скорость обмена данными;
необходимость подведения питания отдельно к каждому из устройств;
большая избыточность системы за счет вхождения одних и тех же функциональных блоков в состав различных контрольно-поверочных устройств, не работающих либо не наблюдаемых совместно;
различные сроки эксплуатации и периодичность поверок у различных приборов, входящих в одну систему;
большие габариты системы за счет необходимости размещения приборов в специальной стойке, а также за счет конструктивного исполнения приборов в отдельных корпусах, с отдельными источниками питания, органами управления и органами индикации.
Известны универсальные измерительные комплексы, предназначенные для радиоизмерений - к примеру, приборы фирмы Aeroflex серий 2965 и 2945. Такие приборы конструктивно выполнены в одном корпусе, имеют программный и аппаратный пользовательский интерфейс, единый для всех входящих в прибор функциональных блоков, имеют единую систему питания, внешние интерфейсы информационного обмена и обладают небольшими размерами и массой. По функциям данные приборы обычно заменяют собой осциллограф, частотомер, мультиметр, измеритель модуляции, функциональный генератор, ВЧ генератор и анализатор ВЧ сигналов (www.aeroflex.com). Данное решение выбрано заявителем в качестве прототипа.
Основными недостатками таких систем являются:
невозможность замены вышедших из строя функциональных блоков без вскрытия корпуса и вне специальных сервисных центров;
невозможность простой переконфигурации системы под конкретные цели ни на месте измерений, ни в процессе производства;
отсутствие стандартного внутреннего интерфейса, позволяющего заменять блоки прибора на однотипные по функциям устройства других производителей.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости процесса контроля бортовых систем авиационной техники в ходе регламентных работ и повышение качества выполнения их.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известной универсальной измерительной системе, содержащей выполненные в едином корпусе управляющий контроллер со встроенным программным обеспечением, устройства ввода и отображения информации, устройства генерации и измерения электрических сигналов, разъемы которых выведены на переднюю панель, а также источник электропитания, дополнительно включены выполненные в виде отдельных конструктивных блоков анализатор высокочастотных сигналов, состоящий из модуля понижающего конвертера частоты, соединенного выходами с сигнальным и тактовым входами высокоскоростного частотного анализатора; генератор высокочастотных сигналов, состоящий из модуля генератора промежуточной частоты и соединенного выходом с сигнальным входом повышающего конвертера частоты, соединенного выходом тактовой частоты с тактовым входом генератора промежуточной частоты; генератор низкой частоты, цифровой осциллограф, мультиметр и частотомер, при этом каждый блок содержит собственный управляющий контроллер, встраиваемое микропрограммное обеспечение и оперативное запоминающее устройство и связан информационно и по линиям питания с остальными блоками посредством шасси, содержащего разъемы для установки блоков, аналоговую шину и шину PXI, соединенную с управляющим контроллером, выполненным в виде устанавливаемого в разъемы шасси отдельного конструктивного блока и содержащим устройство хранения данных на жестком магнитном диске с установленными на нем операционной системой и переустанавливаемым программным обеспечением, объединяющим все блоки системы по линиям шины PXI.
Результатом заявленного решения является создание универсального мобильного устройства, заменяющего, как минимум, 50...70% КПА общего
назначения, необходимой для контроля и ремонта авиационных бортовых систем и приборов - осциллографов, вольтметров, анализаторов спектра, различных генераторов и т.д., имеющего гибкую структуру как по программному, так и по аппаратному обеспечению, и обеспечивающее возможность перепрограммирования и установки дополнительных модулей для решения конкретных задач. Заявленное устройство по климатическим и механическим требованиям, а также по требованиям к напряжению питающей сети допускает возможность работы на слабо технически оснащенных удаленных базах и в полевых условиях. Устройство имеет высокую ремонтопригодность и малое время развертывания до работоспособного состояния.
Заявителю неизвестно средство того же назначения, что и заявленная полезная модель, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели существенные признаки, на основании чего можно сделать вывод о том, что заявленное решение соответствует критерию охраноспособности "новизна".
Заявленное решение поясняется чертежом фиг.1, на котором представлена функциональная схема устройства.
Универсальная измерительная система выполнена состоящей из приборных (измерительные и генераторные) модулей, снабженных быстродействующей буферной памятью (поз.7), в том числе: модуль ВЧ анализатора (поз.1); модуль ВЧ генератора (поз.2); модуль НЧ генератора (поз.3); модуль цифрового осциллографа (поз.4); модуль мультиметра (поз.5); модуль электронно-счетного частотомера (поз.6). Универсальный измерительный комплекс содержит также промышленный контроллер (поз.13), имеющий в своем составе материнскую плату с процессором, контроллером шины, видеокартой, оперативной памятью и т.д. (поз.14),
жесткий диск (поз.11) с установленным на нем программным обеспечением (поз.12), внешние интерфейсы обмена данными (GPIB, USB, LAN) (поз.10), а также внешний интерфейс для подключения монитора (DVI), а также шину PXI (приборное расширение шины PCI) с линиями передачи цифровых данных и команд и восемью программируемыми линиями обмена синхросигналами (поз.9), локальные шины обмена аналоговыми сигналами (поз.8), шасси с блоком вентиляции (поз.17), проложенными шинами информационного обмена (поз.8, 9) и системой электропитания (поз.16) и блок питания (поз.15), преобразующий переменное напряжение (100...240) В 50 Гц в постоянные напряжения, необходимые для питания приборных модулей и промышленного контроллера.
Каждый модульный прибор состоит из аналоговой и цифровой частей. Аналоговая часть обеспечивает ввод/вывод исследуемых радиосигналов, ввод/вывод синхросигналов и согласование приборов с исследуемой электрической цепью. В высокочастотных приборах отдельные чисто аналоговые модули обеспечивают также смещение центральной частоты. Цифровая часть каждого прибора состоит из схем ЦАП/АЦП, управляющего микроконтроллера, опционально - сигнального процессора. Каждый модуль имеет свою собственную быстродействующую память, позволяющую сохранять большие массивы данных для их последующей обработки сигнальным процессором или передачи в контроллер по шине PXI.
По шине PXI приборы и контроллер обмениваются цифровой информацией и командами управления с тактовой частотой 33 МГц, а также синхросигналами. Любой прибор может выступать как в роли источника синхросигналов для других приборов, так и в роли приемника синхросигнала. В шину включены 8 программируемых линий синхросигналов, что позволяет иметь в системе несколько модулей-источников синхросигналов, независимо и параллельно обеспечивающих синхронизацию нескольких групп модулей-приемников.
С помощью локальных шин модульные приборы могут обмениваться между собой аналоговыми сигналами напряжением до 40 В, не занимая ресурсы своих микроконтроллеров на обработку этих сигналов, а также не занимая буферную память и локальные шины для их хранения и передачи.
Промышленный контроллер является полноценным персональным компьютером в промышленном исполнении, на котором установлена операционная система, драйвера устройств и интерфейсное программное обеспечение измерительной системы, написанное на языке LabVIEW. Использование данного языка в описываемой системе позволяет просто и быстро корректировать ПО для добавления поддержки дополнительных модульных приборов, работы с локальной сетью или подключения каких-либо дополнительных приборов и измерительных систем, поддерживающих интерфейсы GPIB, LAN или USB.
Работа универсальной измерительной системы осуществляется следующим образом. Распакованная система располагается на объекте, оборудованном сетью электропитания и заземлением - на рабочем столе настройщика или разработчика радиоаппаратуры, на шасси испытательного стенда, на передвижном стеллаже и т.д. При помощи специализированных или стандартных соединительных жгутов или приборных щупов разъемы на лицевых панелях модулей системы соединяются с контрольными точками проверяемых схем - разъемами, контактными площадками на печатной плате и т.п.
1. Запускается контроллер, происходит инициализация шины, запуск встроенного источника тактовых сигналов, а также аппаратная проверка и настройка оборудования, обеспечиваемая драйверами устройств.
2. Пользователем запускается интерфейсное ПО измерительной системы.
3. Происходит инициализация всех модульных приборов и их запуск. Генераторы запускаются на внутренние нагрузки.
4. Параллельно и независимо работающие измерительные и генерирующие приборы производят измерения и генерацию сигналов. Встроенные контроллеры производят захват данных в буферную память с помощью АЦП или вывод данных из буферной памяти на ЦАП.
5. Через определенные промежутки времени производится сброс оцифрованной информации из буферной памяти измерительных приборов по шине в контроллер, где над ней осуществляются необходимые преобразования и производится ее отображение в привычной для человека форме.
6. По командам оператора или по командам, поступающим через локальную сеть, производится перенастройка режимов работы приборов и загрузка новых образцов сигналов в буферную память генерирующих приборов.
По шине PXI приборы и контроллер обмениваются цифровой информацией и командами управления с тактовой частотой 33 МГц, а также синхросигналами. Любой прибор может выступать как в роли источника синхросигналов для других приборов, так и в роли приемника синхросигнала. В шину включены 8 программируемых линий синхросигналов, что позволяет иметь в системе несколько модулей-источников синхросигналов, независимо и параллельно обеспечивающих синхронизацию нескольких групп модулей-приемников.
Небольшие массогабаритные показатели и низкое энергопотребление, компактное, мобильное исполнение системы делают возможным использование ее как в составе стационарных стендов, так и в «полевых» условиях.