LabVIEW 和PXI平臺的短波 電臺故障診斷系統(tǒng)

1、INSTRUMENTSNI資料LabVIEW和PXI平臺的短波電臺故障診斷系統(tǒng)圖1系統(tǒng)硬件組成圖以往短波電臺的維 修都是通過傳統(tǒng)儀表 進(jìn)行測試，然后根據(jù) 技術(shù)人員的個人經(jīng)驗進(jìn)行判斷，這樣的做 法存在著明顯的問題。運用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的基于PXI平臺的便攜式短波電 臺故障診斷系統(tǒng)，很好的解決了.-善舟丁，北京瑞科萊科技有限公司The Challenge:短波電臺是艦船上必備的通信電子裝備，而以往船上裝備的技術(shù)保障設(shè)備過分依賴技術(shù)人員的技能和經(jīng)驗，因此維修耗時耗 力。使用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一種小型化、智能化的短波電臺故障診斷系統(tǒng)成為解決這一問題的最佳途徑。The Solution:介紹：以往短波電臺

2、的維修都是通過傳統(tǒng)儀表進(jìn)行測試，然后根據(jù)技術(shù)人員的個人經(jīng)驗進(jìn)行判斷，這樣的做法存在著明顯的問題：一方面現(xiàn)場級的 維修不方便攜帶大量的分立儀表，另一方面技術(shù)人員的素質(zhì)參差不齊，導(dǎo)致現(xiàn)場級的維修效率低下。運用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的基于PXI平臺 的便攜式短波電臺故障診斷系統(tǒng)，很好的解決了這一問題。系統(tǒng)運用信號追蹤法，通過對電臺內(nèi)部高頻信號的追蹤測試，首先將故障定位到 可能的故障單元，然后對可能的故障單元進(jìn)行單元測試來準(zhǔn)確定位故障。項目背景：艦載通信電子裝備種類、型號多，技術(shù)含量高，更新?lián)Q代快，利用傳統(tǒng)手段進(jìn)行檢修需要任意波形發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀、功率 計等種類繁多的分立儀表，同時還必須依賴維修人

3、員的技術(shù)水平，維修耗時耗力，不利于裝備的現(xiàn)場維修保障。為了提高艦艇現(xiàn)場維修保障 能力，我們借助先進(jìn)的虛擬儀器和軟件測量技術(shù)，開發(fā)了基于PXI平臺的便攜式短波電臺故障診斷系統(tǒng)。受益于PXI平臺的可擴(kuò)展性，通過 選擇不同的硬件模塊和設(shè)計新的軟件，也可實現(xiàn)其它艦載通信電子裝備的故障診斷。系統(tǒng)硬件設(shè)計短波電臺故障診斷系統(tǒng)的硬件平臺應(yīng)滿足靠前保障、機(jī)動檢修的需求。要求體積盡可能小，附件盡可能少，便于攜帶；在艦船上作業(yè)時， 展開與回收速度快；同時還要具有良好的可擴(kuò)展性。因此選用自帶液晶顯示屏的便攜PXI機(jī)箱，搭配NI的PXI控制器和儀器模塊。系統(tǒng)硬件 組成圖見圖1。系統(tǒng)軟件設(shè)計：測試信號分析短波電臺在故障

4、診斷過程中，需要測試的主要方面有：電臺技術(shù)指標(biāo)、電氣性能、單元間的控制信號以及信號傳遞。其中多數(shù)信號可由 儀器模塊直接測試，對于少數(shù)不能直接測試的信號我們通過信號調(diào)理盒將其轉(zhuǎn)化為可測信號。這些信號包括電源電壓、電源電流、正反向發(fā) 射功率等。由于數(shù)據(jù)采集卡PXI-6259的電壓范圍是10V，無法直接測試電源電壓，我們通過分壓的辦法將其轉(zhuǎn)化到10V的范圍內(nèi)，而電流則直 接采用霍爾電流傳感器將電流轉(zhuǎn)化為土5V的電壓。正、反向發(fā)射功率的信號調(diào)理較為復(fù)雜，其原理框圖如圖2。其中電壓采樣器和電流采樣 器是經(jīng)過精心設(shè)計的完全對稱的一對傳感器。電壓采樣器采樣后的電壓值為U(v)=K*If*Zc*(1-p)，電

5、流采樣器采樣后的電壓值為 U(i)=K*If*Zc*(1+p)，其中K是比例系數(shù)，Zc為特性阻抗，If是正向電流，p為反射系數(shù)。經(jīng)加、減法器后，得出正、反向功率。測試流程短波電臺故障分為接收故障和發(fā)射故障兩大類，因此我們在軟件程序中也將分別對這兩類故障進(jìn)行診斷。接收故障診斷短波電臺的接收原理：接收的信號經(jīng)天線調(diào)諧器進(jìn)入收發(fā)信機(jī)的諧波濾波器單元(A7)。在A7單元內(nèi)信號經(jīng)過諧波濾波器、收/發(fā)轉(zhuǎn)換 繼電器、高通濾波器濾除干擾后送到高頻混頻單元(A4)，在A4單元通過變頻將信號變?yōu)?5MHz高中頻信號，再送入75MHz混頻單元(A3)。 在A3單元內(nèi)再進(jìn)行一次變頻，變?yōu)?.65MHz的低中頻信號送入

6、邊帶濾波器單元(A2a)，A2a單元為邊帶濾波器組，將有用的邊帶信號濾 波后送入1.65MHz放大單元(A2)。A2單元將1.65MHz信號放大后送入音頻調(diào)制解調(diào)單元(A1 )。A1單元將信號解調(diào)成音頻經(jīng)放大最 后輸出。從上面短波電臺的原理我們知道，高頻信號在收發(fā)信機(jī)內(nèi)部是依次經(jīng)過諧波濾波、高頻混頻、75MHz混頻、邊帶濾波、1.65MHz放大、 音頻解調(diào)后由喇叭輸出。我們在軟件程序中采用信號追蹤法對故障電臺進(jìn)行診斷。/丁J I J7 I J I I II I |_L-Zvr八 | | H 1=1 IJO I L-IVII 1-1-yu . D I UV J/l-l II II H J/| J

7、H-A.十 H J -J/ J SJJ同時又可以按照程序的引導(dǎo)對單元按高頻信號流經(jīng)的單元順序進(jìn)行測試。無論從哪一個單元開始，程序都會以此單元為起點逐步測試、分析 并定位故障單元。單元輸入輸出參數(shù)測試原理如下：高精度任意波形發(fā)生器PXI-5422模擬產(chǎn)生一個1.629.999MHz之間的幅度合適的調(diào)制 信號注入短波電臺，在每個單元的高頻信號輸出端通過示波器PXI-5112或頻譜分析模塊PXI-5620進(jìn)行測量，測得的數(shù)據(jù)自動跟數(shù)據(jù)庫中的 正常值進(jìn)行對比，從而給出是否異常的結(jié)論。正常則進(jìn)入下一級單元的高頻信號測試，異常則進(jìn)入此單元的單元測試程序，對此單元的供電 電源、控制信號、高頻輸入輸出信號進(jìn)行

8、全面測試以確定故障單元。對于無法通過本單元進(jìn)行定位的故障，系統(tǒng)會自動計算定位故障需要的 其他參數(shù)，以對故障進(jìn)行明確定位。發(fā)射故障診斷短波電臺的發(fā)射原理：話音信號送入Al單元，在Al單元內(nèi)將音頻信號調(diào)制成抑制載頻的1.65MHz雙邊帶低中頻信號后送入A2a單元。 在A2a單元中通過邊帶濾波器取出所需的任一邊帶信號送入A3單元。A3單元將1.65MHz的單邊帶信號變?yōu)?5MHz的高中頻信號送入A4 單元。A4單元再將75MHz信號變?yōu)?.630MHz之間的發(fā)射信號送入寬帶功率放大器單元（A10）。A10單元將該信號放大到100W以上 的功率送入A7單元。在A7單元中經(jīng)諧波濾波器濾除2次以上的諧波成

9、分，通過高頻電纜送至天線調(diào)諧器。天線調(diào)諧器將收發(fā)信機(jī)50Q阻 抗與天線阻抗相匹配，使收發(fā)信機(jī)送來的射頻功率信號高效率地通過天線發(fā)射出去。因此發(fā)射故障的診斷順序為Al-A2a-A2-A3-A4- A10-A7，其他測試程序類似，這里不再詳述。3.核心測試程序短波電臺的故障診斷過程中，直流電壓和低頻信號的測試用數(shù)據(jù)采集卡PXI-6259來完成，高頻信號的測試用示波器模塊PXI-5112或頻 譜分析模塊PXI-5620來完成。測試過程中需要的高頻調(diào)制信號由任意波形發(fā)生器PXI-5422產(chǎn)生。其中，數(shù)據(jù)采集卡的核心程序框圖如圖5 所示。結(jié)論：依托NI公司的LabVIEW高效軟件開發(fā)平臺和強(qiáng)大的功能，結(jié)

10、合先進(jìn)的PXI技術(shù)，我們在很短的時間內(nèi)就完成了短波電臺故障診斷系統(tǒng)的開 發(fā)。本系統(tǒng)極大地提高了短波電臺故障診斷的智能化程度，降低了對技術(shù)人員技能和經(jīng)驗的依賴程度，為現(xiàn)場快速解決故障提供了有力保障。 同時也為其他艦載通信電子裝備的故障診斷提供了一種合理的解決方案，為虛擬儀器技術(shù)在艦艇綜合診斷體系建設(shè)中的應(yīng)用開拓了更加廣闊 的空間。PXI機(jī)箱開美知陣模玦數(shù)據(jù)采集模塊頻譜分析模塊示波器模塊高頻信號發(fā)生模塊信號調(diào)理盒Z測試電纜試電纜 *1短波電臺IJ圖1系統(tǒng)硬件組成圖射頻輸入;射頻輸出 iF.向功率0反向功率圖2正、反向功率檢測原理框圖圖3 412電臺整機(jī)故障診斷主程序（接收故障診斷）選擇故障類型按提

11、示連接電纜.也行單元輸入輸出參故測試數(shù)據(jù)正常生成測試報苗,根據(jù) 測試數(shù)據(jù)將故障定位 到可能故障單元上成報戔及測試報告計笄定位故障需要的只他迥試參敷進(jìn)入信號流入的下一更換故障值元圖4 412電臺整機(jī)故障診斷主程序流程圖J 級單元測試程序11 L 可|零考單端|回與10083+ 12町出)信號平均值W)OK message + warningsAl Voltage , JAnalog DBLJChan ISarap圖5數(shù)據(jù)采集卡的核心程序框圖F或史C klcuitn垣占fSauijd 叫古.七也 Er/ihl:卜站偵 業(yè)心 d mjipti* eht lpvitTTib Control共眸敖謂始析FS曲虬 5泓汀皂 trw圖6頻譜分析的核心程序框圖LegalThis case study (this case study) was developed by a National I