LabVIEW 和PXI平臺(tái)的短波 電臺(tái)故障診斷系統(tǒng)

1、INSTRUMENTSNI資料LabVIEW和PXI平臺(tái)的短波電臺(tái)故障診斷系統(tǒng)圖1系統(tǒng)硬件組成圖以往短波電臺(tái)的維 修都是通過傳統(tǒng)儀表 進(jìn)行測(cè)試，然后根據(jù) 技術(shù)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，這樣的做 法存在著明顯的問題。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的基于PXI平臺(tái)的便攜式短波電 臺(tái)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(tái)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(yàn)，因此維修耗時(shí)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(tái)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(tái)

2、的維修都是通過傳統(tǒng)儀表進(jìn)行測(cè)試，然后根據(jù)技術(shù)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，這樣的做法存在著明顯的問題：一方面現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(chǎng)級(jí)的維修效率低下。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的基于PXI平臺(tái) 的便攜式短波電臺(tái)故障診斷系統(tǒng)，很好的解決了這一問題。系統(tǒng)運(yùn)用信號(hào)追蹤法，通過對(duì)電臺(tái)內(nèi)部高頻信號(hào)的追蹤測(cè)試，首先將故障定位到 可能的故障單元，然后對(duì)可能的故障單元進(jìn)行單元測(cè)試來準(zhǔn)確定位故障。項(xiàng)目背景：艦載通信電子裝備種類、型號(hào)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(jì)等種類繁多的分立儀表，同時(shí)還必須依賴維修人

3、員的技術(shù)水平，維修耗時(shí)耗力，不利于裝備的現(xiàn)場(chǎng)維修保障。為了提高艦艇現(xiàn)場(chǎng)維修保障 能力，我們借助先進(jìn)的虛擬儀器和軟件測(cè)量技術(shù)，開發(fā)了基于PXI平臺(tái)的便攜式短波電臺(tái)故障診斷系統(tǒng)。受益于PXI平臺(tái)的可擴(kuò)展性，通過 選擇不同的硬件模塊和設(shè)計(jì)新的軟件，也可實(shí)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(jì)短波電臺(tái)故障診斷系統(tǒng)的硬件平臺(tái)應(yīng)滿足靠前保障、機(jī)動(dòng)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(shí)， 展開與回收速度快；同時(shí)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(jì)：測(cè)試信號(hào)分析短波電臺(tái)在故障

4、診斷過程中，需要測(cè)試的主要方面有：電臺(tái)技術(shù)指標(biāo)、電氣性能、單元間的控制信號(hào)以及信號(hào)傳遞。其中多數(shù)信號(hào)可由 儀器模塊直接測(cè)試，對(duì)于少數(shù)不能直接測(cè)試的信號(hào)我們通過信號(hào)調(diào)理盒將其轉(zhuǎn)化為可測(cè)信號(hào)。這些信號(hào)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(cè)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(hào)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(jì)的完全對(duì)稱的一對(duì)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(cè)試流程短波電臺(tái)故障分為接收故障和發(fā)射故障兩大類，因此我們?cè)谲浖绦蛑幸矊⒎謩e對(duì)這兩類故障進(jìn)行診斷。接收故障診斷短波電臺(tái)的接收原理：接收的信號(hào)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(hào)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(hào)變?yōu)?5MHz高中頻信號(hào)，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(hào)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(hào)濾 波后送入1.65MHz放大單元(A2)。A2單元將1.65MHz信號(hào)放大后送入音頻調(diào)制解調(diào)單元(A1 )。A1單元將信號(hào)解調(diào)成音頻經(jīng)放大最 后輸出。從上面短波電臺(tái)的原理我們知道，高頻信號(hào)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?cè)谲浖绦蛑胁捎眯盘?hào)追蹤法對(duì)故障電臺(tái)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(shí)又可以按照程序的引導(dǎo)對(duì)單元按高頻信號(hào)流經(jīng)的單元順序進(jìn)行測(cè)試。無論從哪一個(gè)單元開始，程序都會(huì)以此單元為起點(diǎn)逐步測(cè)試、分析 并定位故障單元。單元輸入輸出參數(shù)測(cè)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(gè)1.629.999MHz之間的幅度合適的調(diào)制 信號(hào)注入短波電臺(tái)，在每個(gè)單元的高頻信號(hào)輸出端通過示波器PXI-5112或頻譜分析模塊PXI-5620進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)自動(dòng)跟數(shù)據(jù)庫中的 正常值進(jìn)行對(duì)比，從而給出是否異常的結(jié)論。正常則進(jìn)入下一級(jí)單元的高頻信號(hào)測(cè)試，異常則進(jìn)入此單元的單元測(cè)試程序，對(duì)此單元的供電 電源、控制信號(hào)、高頻輸入輸出信號(hào)進(jìn)行

8、全面測(cè)試以確定故障單元。對(duì)于無法通過本單元進(jìn)行定位的故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算定位故障需要的 其他參數(shù)，以對(duì)故障進(jìn)行明確定位。發(fā)射故障診斷短波電臺(tái)的發(fā)射原理：話音信號(hào)送入Al單元，在Al單元內(nèi)將音頻信號(hào)調(diào)制成抑制載頻的1.65MHz雙邊帶低中頻信號(hào)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(hào)送入A3單元。A3單元將1.65MHz的單邊帶信號(hào)變?yōu)?5MHz的高中頻信號(hào)送入A4 單元。A4單元再將75MHz信號(hào)變?yōu)?.630MHz之間的發(fā)射信號(hào)送入寬帶功率放大器單元（A10）。A10單元將該信號(hào)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(hào)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?yàn)锳l-A2a-A2-A3-A4- A10-A7，其他測(cè)試程序類似，這里不再詳述。3.核心測(cè)試程序短波電臺(tái)的故障診斷過程中，直流電壓和低頻信號(hào)的測(cè)試用數(shù)據(jù)采集卡PXI-6259來完成，高頻信號(hào)的測(cè)試用示波器模塊PXI-5112或頻 譜分析模塊PXI-5620來完成。測(cè)試過程中需要的高頻調(diào)制信號(hào)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(tái)和強(qiáng)大的功能，結(jié)

10、合先進(jìn)的PXI技術(shù)，我們?cè)诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就完成了短波電臺(tái)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(tái)故障診斷的智能化程度，降低了對(duì)技術(shù)人員技能和經(jīng)驗(yàn)的依賴程度，為現(xiàn)場(chǎng)快速解決故障提供了有力保障。 同時(shí)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(hào)發(fā)生模塊信號(hào)調(diào)理盒Z測(cè)試電纜試電纜 *1短波電臺(tái)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(cè)原理框圖圖3 412電臺(tái)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(cè)試數(shù)據(jù)正常生成測(cè)試報(bào)苗,根據(jù) 測(cè)試數(shù)據(jù)將故障定位 到可能故障單元上成報(bào)戔及測(cè)試報(bào)告計(jì)笄定位故障需要的只他迥試參敷進(jìn)入信號(hào)流入的下一更換故障值元圖4 412電臺(tái)整機(jī)故障診斷主程序流程圖J 級(jí)單元測(cè)試程序11 L 可|零考單端|回與10083+ 12町出)信號(hào)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