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摘 要 本文依据某飞行试验测试任务的需要，详细描述了利用通用采集系统KAM500下的MDC103板卡搭建模拟飞控数据测试系统，并通过开发模拟飞控信号隔离器实现了被试设备与采集器之间的交联，顺利保障模拟飞控数据的采集。
关键词 模拟飞控；MDC103板卡；信号隔离器
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-076-02
飞控计算机是飞行器飞行系统的一个子系统。随着航空技术的发展，飞控计算机正向着多功能、低成本、高精度和小型化的方向发展。通过其内部的控制算法，飞控计算机将根据飞行器自身传感器测得的飞机的姿态、高度、速度等参数，对飞行员的操作或者指令做出适当的输出响应，控制飞行器飞行姿态，完成飞行员所希望的动作。本文主要讲述的是在KAM500采集系统下，利用MDC103板卡实现某模拟飞控计算机数据的采集过程。
1 模拟飞控测试接口的电气特性
通过前期调研与协调，决定通过预留的检测口对模拟飞控数据进行实时采集。该型模拟飞控计算机检测口的数据输出是通过6根地址线以及2根数据线来完成的。飞控计算机内部有一个多路开关选择器，飞控计算机通过将外部的选通地址与其内部各个模拟量的内部地址进行比对，并将与之所对应的开关接通，然后将所需要的模拟量通过数据线输出。数据线与地址线的电气特性分别如下所示：
数据线信号输出特性：
1）信号形式：差分。
2）信号电平：±10 V。
3）信号建立时间：<50 μs。
地址选通信号输入特性：
1）每通道6线地址输出。
2）输出形式：地/开。
3）逻辑电平：“地/开”形式，计算机内部上拉12 V，形成“地/12 V”地址选通信号。
逻辑“0”：0 V，选通地址线与选通源（地）连接；
逻辑“1”：开路，选通地址线悬空（开）。
2 模拟飞控测试系统架构
KAM-500是性能卓越的模块式PCM数据采集系统，符合IRIG-106标准，也满足民用飞机适航标准，已被批准可以应用于飞机机载测试设备系统。KAM-500数据采集系统具有各种功能模块，如：与各种形式传感器相适应的A/D信号调节模块、总线监测模块、固态记忆存储及数据传输模块等。KAM-500通用数据采集方案一般由数据采集子系统，记录子系统，时统子系统，遥测子系统这四个方面构成，其采集方案的原理图如图1所示。
在上述的测试方案中，KAM500上各种板卡采集的数据通过底板传输给KAM500采集器上的BCU模块，然后再由BCU模块将所有参数汇总成PCM数据传输给D120f记录子设备进行记录，同时将PCM数据流传输给遥测子系统，通过遥测天线发送给地面监控站，进行实时监控。这个方案中的难点在于数据采集部分。针对模拟飞控测试接口的电气特性，笔者选用KAM500数据采集系统所采用的模块是MDC系列中的MDC/103板卡。
这是一块具有双通道的采集板卡，每个通道最多能够设置64个测试参数，每个通道的循环周期T可选择从3.2 ms到512 ms，由于每个通道64个测试参数循环采集，因此每个参数的采样时间t通过计算可以得出：
t=（3.2～512）ms÷64 =50us～8 ms （1）
同时，由于每个通道的循环周期为3.2 ms～512 ms，所以通道的采样频率
Fs=1000ms/T=312.5 HZ～1.95 HZ （2）
根据采样定律，可知信号的变化频率Fin≤Fs/4，即MDC/103板卡可测试的信号的变化频率大约介于80 HZ～0.5 HZ。
MDC/103板卡的数据线输入与模拟飞控数据输出口电气特性一致，都是±10 V的差分信号。MDC/103板卡的地址线同样为6根地址线，但是输出形式为5 V/接地，5 V逻辑值为“1”，接地逻辑值为“0”。
由于MDC/103板卡的地址线的电气特性与模拟飞控的地址线的电气特性不一样，另外为了防止机载测试设备影响飞机模拟飞控计算机工作状态，w因此需要开发一款既实现地址线的电气特性转换，又完成与原机设备的电气隔离的模拟飞控匹配隔离器。模拟飞控数据采集部分的原理如下图2所示：
3 模拟飞控隔离器的设计
通过上述的分析，针对数据线±10 V的差分信号，笔者选择差分放大器AD8253与隔离放大器AD215进行信号匹配与隔离。其中，AD8253用于将差分信号转变为单端信号，再由隔离放大器AD215进行信号隔离。通过AD215的隔离作用，使得测试系统与飞机原系统线路不产生影响，同时又能够监测被试数据。由于通过AD215隔离后的数据信号为单端的信号，因此将AD215的输出端接入单端转差分的线路后，转换为差分信号，然后再接入到KAM500采集器上的MDC103板卡上。其原理图如下图3所示：
地址线的信号隔离，笔者通过三个ISO7220BD来实现。ISO7220BD是一个双通道隔离器。由于采用数字隔离的方式，因此相比传统采用的光电隔离的方式，有着不消耗信号电流，驱动能力强的优势。ISO7220BD输出的信号，通过接入三极管，然后再接入飞控计算机测试端口，由飞控计算机的内部电路将接地/开路上拉为12 V/0 V。其原理图如图4所示。
4 结论
通过与飞控计算机地面联试，隔离盒与MDC/103板卡的配合使用能够很好的完成模拟飞控计算机所发出的数据，在后续的试飞任务中也顺利保障了试飞数据的采集。该测试方案的成功应用，节省了用于研制专门的模拟飞控采集器及相关配套设备的经费，创造了较为可观的经济效益，同时对于其它类似的选通形式的模拟量的测量具有一定的工程参考意义。
参考文献
[1]ACRA公司.MDC/103板卡使用手册[M].2006年2.2.14版.
[2]AD公司.ISO7220英文说明书[M].
[3]AD公司.AD8253英文说明书[M].
[4]AD公司.AD215英文说明书[M].
[5]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[J].高等教育出版社，2006年5月.
作者简介
陈新华（1983-），硕士，工程师，主要从事机载测试工作。
支高飞（1981-），硕士，工程师，主要从事机载测试工作。
关键词 模拟飞控；MDC103板卡；信号隔离器
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-076-02
飞控计算机是飞行器飞行系统的一个子系统。随着航空技术的发展，飞控计算机正向着多功能、低成本、高精度和小型化的方向发展。通过其内部的控制算法，飞控计算机将根据飞行器自身传感器测得的飞机的姿态、高度、速度等参数，对飞行员的操作或者指令做出适当的输出响应，控制飞行器飞行姿态，完成飞行员所希望的动作。本文主要讲述的是在KAM500采集系统下，利用MDC103板卡实现某模拟飞控计算机数据的采集过程。
1 模拟飞控测试接口的电气特性
通过前期调研与协调，决定通过预留的检测口对模拟飞控数据进行实时采集。该型模拟飞控计算机检测口的数据输出是通过6根地址线以及2根数据线来完成的。飞控计算机内部有一个多路开关选择器，飞控计算机通过将外部的选通地址与其内部各个模拟量的内部地址进行比对，并将与之所对应的开关接通，然后将所需要的模拟量通过数据线输出。数据线与地址线的电气特性分别如下所示：
数据线信号输出特性：
1）信号形式：差分。
2）信号电平：±10 V。
3）信号建立时间：<50 μs。
地址选通信号输入特性：
1）每通道6线地址输出。
2）输出形式：地/开。
3）逻辑电平：“地/开”形式，计算机内部上拉12 V，形成“地/12 V”地址选通信号。
逻辑“0”：0 V，选通地址线与选通源（地）连接；
逻辑“1”：开路，选通地址线悬空（开）。
2 模拟飞控测试系统架构
KAM-500是性能卓越的模块式PCM数据采集系统，符合IRIG-106标准，也满足民用飞机适航标准，已被批准可以应用于飞机机载测试设备系统。KAM-500数据采集系统具有各种功能模块，如：与各种形式传感器相适应的A/D信号调节模块、总线监测模块、固态记忆存储及数据传输模块等。KAM-500通用数据采集方案一般由数据采集子系统，记录子系统，时统子系统，遥测子系统这四个方面构成，其采集方案的原理图如图1所示。
在上述的测试方案中，KAM500上各种板卡采集的数据通过底板传输给KAM500采集器上的BCU模块，然后再由BCU模块将所有参数汇总成PCM数据传输给D120f记录子设备进行记录，同时将PCM数据流传输给遥测子系统，通过遥测天线发送给地面监控站，进行实时监控。这个方案中的难点在于数据采集部分。针对模拟飞控测试接口的电气特性，笔者选用KAM500数据采集系统所采用的模块是MDC系列中的MDC/103板卡。
这是一块具有双通道的采集板卡，每个通道最多能够设置64个测试参数，每个通道的循环周期T可选择从3.2 ms到512 ms，由于每个通道64个测试参数循环采集，因此每个参数的采样时间t通过计算可以得出：
t=（3.2～512）ms÷64 =50us～8 ms （1）
同时，由于每个通道的循环周期为3.2 ms～512 ms，所以通道的采样频率
Fs=1000ms/T=312.5 HZ～1.95 HZ （2）
根据采样定律，可知信号的变化频率Fin≤Fs/4，即MDC/103板卡可测试的信号的变化频率大约介于80 HZ～0.5 HZ。
MDC/103板卡的数据线输入与模拟飞控数据输出口电气特性一致，都是±10 V的差分信号。MDC/103板卡的地址线同样为6根地址线，但是输出形式为5 V/接地，5 V逻辑值为“1”，接地逻辑值为“0”。
由于MDC/103板卡的地址线的电气特性与模拟飞控的地址线的电气特性不一样，另外为了防止机载测试设备影响飞机模拟飞控计算机工作状态，w因此需要开发一款既实现地址线的电气特性转换，又完成与原机设备的电气隔离的模拟飞控匹配隔离器。模拟飞控数据采集部分的原理如下图2所示：
3 模拟飞控隔离器的设计
通过上述的分析，针对数据线±10 V的差分信号，笔者选择差分放大器AD8253与隔离放大器AD215进行信号匹配与隔离。其中，AD8253用于将差分信号转变为单端信号，再由隔离放大器AD215进行信号隔离。通过AD215的隔离作用，使得测试系统与飞机原系统线路不产生影响，同时又能够监测被试数据。由于通过AD215隔离后的数据信号为单端的信号，因此将AD215的输出端接入单端转差分的线路后，转换为差分信号，然后再接入到KAM500采集器上的MDC103板卡上。其原理图如下图3所示：
地址线的信号隔离，笔者通过三个ISO7220BD来实现。ISO7220BD是一个双通道隔离器。由于采用数字隔离的方式，因此相比传统采用的光电隔离的方式，有着不消耗信号电流，驱动能力强的优势。ISO7220BD输出的信号，通过接入三极管，然后再接入飞控计算机测试端口，由飞控计算机的内部电路将接地/开路上拉为12 V/0 V。其原理图如图4所示。
4 结论
通过与飞控计算机地面联试，隔离盒与MDC/103板卡的配合使用能够很好的完成模拟飞控计算机所发出的数据，在后续的试飞任务中也顺利保障了试飞数据的采集。该测试方案的成功应用，节省了用于研制专门的模拟飞控采集器及相关配套设备的经费，创造了较为可观的经济效益，同时对于其它类似的选通形式的模拟量的测量具有一定的工程参考意义。
参考文献
[1]ACRA公司.MDC/103板卡使用手册[M].2006年2.2.14版.
[2]AD公司.ISO7220英文说明书[M].
[3]AD公司.AD8253英文说明书[M].
[4]AD公司.AD215英文说明书[M].
[5]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[J].高等教育出版社，2006年5月.
作者简介
陈新华（1983-），硕士，工程师，主要从事机载测试工作。
支高飞（1981-），硕士，工程师，主要从事机载测试工作。