CN114194414B - 一种飞机挡风玻璃加温测试系统及数据采集处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空测试技术领域，涉及一种飞机挡风玻璃加温测试系统和数据采集处理方法。所述飞机风挡加温测试系统包括温度传感器、数据采集模块、数据采集单元主机、计算机、显示器、蜂鸣器及通信线缆。该系统通过对多通道均匀温度采集地数据进行处理，并构建数学模型，工作状态自检及故障报警功能；高温故障报警及安全保护功能；可与风挡加温控制系统通信，进而实现预置设定温度与采集温度信息集成于同一表格进行信息综合处理，实现挡风玻璃加温系统，加热温度及加温时间校验；从而快速有效地提升了挡风玻璃加温系统的性能测试，实现数据采集可靠性，精确性,并通过数据处理算法提高了挡风玻璃加热性能试验的信息处理效率，具有良好的安全保障性。

Description

一种飞机挡风玻璃加温测试系统及数据采集处理方法

技术领域

本发明涉及航空测试技术领域，具体涉及一种飞机挡风玻璃加温测试系统及数据采集处理方法。

背景技术

飞机在飞行过程中，受天气、飞行高度等因素影响，驾驶舱挡风玻璃会结冰或结雾，这都会影响飞行员的视野，为了防止飞机在飞行过程中挡风玻璃结冰或者结雾，飞机上安装了挡风玻璃加温系统。为保证挡风玻璃达到预定的温度，有效的实现防冰与防雾，通常是设计计算挡风玻璃加温系统的加热功率及加热时间实现，而该加热系统搭建完毕时，需要在地面上应用测试设备对挡风玻璃加热温度、加热功率、加热均匀性、加热时间等指标进行性能测试，完成地面性能试验验证，保证飞机挡风玻璃夹温系统具备良好的加热除雾或除冰性能，使飞行员的视野更清晰，进而有效保障飞机飞行安全性。但是，该领域涉及挡风玻璃加温测试系统和数据采集及处理的方法罕见。

因此，地面上在进行挡风玻璃加温系统试验时，进行挡风玻璃多通道加温数据采集、处理及存储，并搭建起挡风玻璃地面加温测试系统并设计一种数据采集及处理方法，对实现对飞机挡风玻璃加温系统性能的验证非常必要。

发明内容

本发明的目的：设计出一种飞机风挡加温测试系统及数据采集处理方法，并将其应用于挡风玻璃加温系统地面试验，从而实现挡风玻璃表面温度均匀测量、温度与加温时长数据采集、试验数据处理、存储、自检及故障报警，进而实现挡风玻璃加温系统性能验证。

第一方面，本申请提供一种飞机挡风玻璃加温测试系统及数据采集处理方法，所述飞机风挡加温测试系统包括温度传感器、数据采集模块、数据采集单元主机、计算机、显示器、蜂鸣器及通信线缆。其中：

温度传感器，所述温度传感器若干贴附于挡风玻璃上，用于作为温度敏感元件采集挡风玻璃上温度信息，其中温度传感器可选为热电偶等；

数据采集模块，所述数据采集模块采用多通道、高精度的数据采集模块，主要用于扫描并接收温度传感器传递的电信号，将信号进行A/D转换,并将转化后信号传递给数据采集单元主机；

数据采集单元主机，所述数据采集单元主机采用多通道、高速度、高性能数据采集单元主机，主要用于接收数据采集模块传来的温度数据，并实现温度数据的初步处理,并将处理后的信号传递给计算机；

计算机，所述计算机搭配专用数据处理软件，实现对温度信息的分组归类显示、实时监测各个温度传感器传回的温度信息、温度信息综合处理、存储采集及处理后的信息、温度传感器工作状态自检、温度异常识别、故障报警及加温时长记录；

显示器，所述显示器用于显示数据、数据处理结果及报警信息；

蜂鸣器，所述蜂鸣器用于故障报警；

通信线缆，所述通信线缆用于连接风挡加温测试系统与挡风玻璃加温系统，实现控制信息传递。

第二方面，本申请提供一种飞机风挡加温测试系统数据采集及处理方法，所述方法应用于上述一种飞机风挡加温测试系统，所述方法包括：

步骤1：飞机挡风玻璃加温系统数据采集设备放置在待测挡风玻璃附近；

步骤2：将挡风玻璃与挡风玻璃加温系统通过线缆连接，并连接电源；

步骤3：将挡风玻璃加温系统数据采集设备通过温度传感器与挡风玻璃连接，实现温度信息采集；

步骤4：将挡风玻璃加温系统通过通信线缆与风挡加温测试系统数据采集设备连接，实现信息通讯；

步骤5：风挡加温测试系统数据采集设备通电工作，实现温度信息实时采集、监控、处理及存储。

步骤6：加温系统通电工作，对挡风玻璃进行加热，实现挡风玻璃温度调节至预定温度；

优选的，所述步骤3，在挡风玻璃上均匀布置温度传感器，并按照行列编号，便于均匀采集玻璃表面温度，且精确定位温度测试点位置；

优选的，所述步骤4，按照一定的时间间隔将各个温度传感器的温度信息记录在表格内，所述时间间隔在数据采集频率范围内可调。通过将加温系统预定的温度与挡风玻璃加温系统数据采集设备采集的温度处理后数据实时对比，计算综合差值，来校准加温系统温度控制性能参数；将温度告警信息传递给计算机，是通过比对挡风玻璃加温系统数据采集设备采集的温度处理数据与预设温度最大值之间大小关系，发出告警信号，进而实现温度过高时，加温系统停止加热，即高温告警保护功能。

优选的，所述步骤5，挡风玻璃加温系统数据采集设备可实时采温度传感器传来的温度信息，信息经AD转换及处理后，传递给计算机，经专用应用软件进行数据处理后，在显示器上显示测量温度信息；

优选的，所述采集的温度数据处理方法，是采用以下算法实现：

T_ikj＝|t_ij-t_kj|其中，T_ikj代表第j次测温，第i个温度传感器与第k个温度传感器的温度测量差值的绝对值，单位可选为℃或℉，i及k代表第i个和第k个温度传感器，j代表第j次测温，与测量时间对应，0≤i≤n，0≤k≤n，i≠k，i,j，

当或/>且随着加热时长增加，对应测量第j+1，j+2…次测量时，仍然保持t_ij<t_en或t_ij>T_d则该温度传感器温度数据异常，显示器显示报警信息，提示对应第i个温度传感器故障，并控制蜂鸣器发出警报，从而实现热电偶工作状态自检及故障报警功能。其中t_en为环境温度，T_d为设定温度异常数据，该值由T_d＝β×t_d1，β为温度异常系数，t_d1为挡风玻璃加温系统设定的加热温度。

采用修正的标准差σ_j来衡量n组温度传感器在第j次不同位置测量挡风玻璃的温度分布均匀状况，如下：

其中为处于正常工作状态的温度传感器第j次测量时的温度平均值，z为第z个故障的温度传感器，b为发生故障的温度传感器数量。

设置温度分布均匀性评价指标Q，当σ_j<Q时，则挡风玻璃加温系统，加热均匀性好，且σ_j值越小，均匀性越好，反之加热均匀性差。

当时，风挡玻璃局部位置实际温度值高于预设挡风玻璃最高加热温度时，会在显示器上显示报警信息，控制蜂鸣器发出警报，并将报警信息传递给挡风玻璃加温系统，停止挡风玻璃加热。其中T_d1为设定的温度最大差值，该值由T_d1＝λ×|t_d1-t_en|决定，λ为温度安全系数。

优选的，应用软件可将实时测量的温度信息、加热时长信息和挡风玻璃加温系统设置的温度信息集成于一个表格内，并可实时显示，挡风玻璃实际温度均值与设定温度信息的差值通过对P值大小判断，进而实现对加温系统温度指标的验证和校准，其中P值越大，则实际温度与加温系统设定温度偏离越大，P值越小则实际温度与加温系统设置温度符合度越高；随着加热时间变长，通过判断P值大小变化趋势，来观察挡风玻璃温度随加热时长的变化趋势及关系，当P<Q_定，则认为风挡玻璃达到了加温系统预设温度，此时记录加热时长t，其中Q_定为允许的挡风玻璃实际加温温度误差值。

优选的，应用软件可将挡风玻璃加温系统数据采集设备实时采集的温度信息、加热时长信息t和计算处理后的信息实时按测量时间顺序存储，并形成试验记录报告。

优选的，所述步骤6，加温系统可接受由挡风玻璃加温系统数据采集设备反馈的温度过高告警信息，进而作出相应温度控制，实现高温安全保护功能。

本发明的优点是：

本发明专利涉及的飞机挡风玻璃加温测试系统和数据采集处理方法，可以实现对挡风玻璃加温系统性能测试。该系统通过对多通道均匀温度采集地数据进行处理，并构建数学模型，可实现以下功能：工作状态自检及故障报警功能；高温故障报警及安全保护功能；可与风挡加温控制系统通信，进而实现预置设定温度与采集温度信息集成于同一表格进行信息综合处理，实现挡风玻璃加温系统，加热温度及加温时间校验；从而快速有效地提升了挡风玻璃加温系统的性能测试，实现数据采集可靠性，精确性，方便现场试验操作，并通过数据处理算法提高了挡风玻璃加热性能试验的信息处理效率，并具有良好的安全保障性，从而有效保证了挡风玻璃加热性能地面试验的验证及分析，具备良好的实际应用价值。

附图说明

图1是一种飞机挡风玻璃加温测试系统原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，第一方面，本申请提供一种飞机挡风玻璃加温测试系统，所述飞机挡风玻璃加温测试系统包括热电偶、DAQM900A数据采集模块、DAQM970A数据采集单元主机、计算机、显示器、蜂鸣器、通信线缆。

热电偶，所述热电偶20个贴附于挡风玻璃上，用于作为温度传感器采集挡风玻璃上温度信息；

DAQM900A数据采集模块，采用具备多通道、高精度的DAQM900A数据采集模块，并主要用于扫描并接收热电偶传递的电信号，实现信号的A/D转换,并将转化后信号传递给DAQM970A数据采集单元主机；

DAQ970A数据采集单元主机，所述DAQ970A数据采集单元主机具备多通道、高速度、高性能的特性，主要用于接收DAQM900A数据采集模块传来的温度数据，并实现温度数据的初步处理,并将处理后的信号传递给DAQM970A数据采集单元主机；

计算机，所述计算机搭配专用软件，实现对温度信息的分组归类显示、实时监测各个热电偶传回的温度信息、温度信息综合处理、存储温度信息、热电偶工作状态自检、温度异常识别、故障报警及加温时长记录；

显示器，所述显示器用于显示数据、数据处理结果及报警信息；

蜂鸣器，所述蜂鸣器用于故障报警；

通信线缆，所述通信线缆用于连接挡风玻璃加温系统数据采集设备与挡风玻璃加温系统。

如图1所示，第二方面，本申请提供一种飞机挡风玻璃加温测试系统数据采集处理方法。

步骤1：飞机挡风玻璃加温测试系统数据采集设备放置在待测挡风玻璃附近；

步骤2：将挡风玻璃与挡风玻璃加温系统通过线缆连接，并连接270V电源；

步骤3：将挡风玻璃加温系统数据采集设备通过20个热电偶与挡风玻璃连接，将温度信息转化为电信号，实现温度信息采集.

步骤4：将挡风玻璃加温系统通过通信线缆与挡风玻璃加温系统数据采集设备连接，实现温度信息、故障报警信息通讯；

步骤5：挡风玻璃加温系统数据采集设备通电工作；

步骤6：加温系统通电工作，对挡风玻璃进行加热，实现挡风玻璃温度调节至预定温度t_d1；

步骤7：开始进行有效温度信息实时采集，计算机实时处理由热电偶采集经DAQM900A数据采集模块及DAQ970A数据采集单元主机进行A/D信号转变，滤波等电信号处理，后经计算机显示器专用软件处理后在相应界面显示，并实时显示由挡风玻璃加温系统传递的预定温度信息及误差信息，实现加温系统温度控制监控、验证及校准；以下步骤同时进行。

步骤7.1：此过程中应用软件通过计算同一时刻全部热电偶的温度值与预设挡风玻璃最高加热温度差值，当该值大于预设温度最大差值T_d1时，在显示器上显示报警信息，控制蜂鸣器发出警报，并将报警信息传递给挡风玻璃加温系统，停止挡风玻璃加热；

步骤7.2：此过程中应用软件通过计算同一时刻任意两个热电偶传递的温度最大差值，当高于预定温度或低于环境温度时，作出热电偶失效命令，控制蜂鸣器发出警报，并在显示器上显示报警信息，从而实现热电偶工作状态自检及故障报警功能；

步骤7.3：应用软件可将实时测量的温度信息、加热时长信息和挡风玻璃加温系统设置的温度信息集成于一个表格内，并可实时显示，挡风玻璃实际温度均值与设定温度信息的差值通过对P值大小判断，进而实现对加温系统温度指标的验证和校准，其中P值越大，则实际温度与加温系统设定温度偏离越大，P值越小则实际温度与加温系统设置温度符合度越高；随着加热时间变长，通过判断P值大小变化趋势，来观察挡风玻璃温度随加热时长的变化趋势及关系，当P<Q_定，则认为风挡玻璃达到了加温系统预设温度，此时记录加热时长t，其中Q_定为允许的挡风玻璃实际加温温度误差值。

步骤7.4：应用软件可将挡风玻璃加温系统数据采集设备实时采集的温度信息、加热时长信息和计算处理后的信息实时存储，并形成试验记录报告。

以上所述采集的温度数据处理方法，是采用以下算法实现：

T_ikj＝|t_ij-t_kj|其中，T_ikj代表第j次测温，第i个温度传感器与第k个温度传感器的温度测量差值的绝对值，单位可选为℃或℉，i及k代表第i个和第k个温度传感器，j代表第j次测温，与测量时间对应，0≤i≤n，0≤k≤n，i≠k，i,j，

当或/>且随着加热时长增加，对应测量第j+1，j+2…次测量时，仍然保持t_ij<t_en或t_ij>T_d则该温度传感器温度数据异常，显示器显示报警信息，提示对应第i个温度传感器故障，并控制蜂鸣器发出警报，从而实现热电偶工作状态自检及故障报警功能。其中t_en为环境温度，T_d为设定温度异常数据，该值由T_d＝β×t_d1，β为温度异常系数，t_d1为挡风玻璃加温系统设定的加热温度。

采用修正的标准差σ_j来衡量n组温度传感器在第j次不同位置测量挡风玻璃的温度分布均匀状况，如下：

其中为处于正常工作状态的温度传感器第j次测量时的温度平均值，z为第z个故障的温度传感器，b为发生故障的温度传感器数量。

设置温度分布均匀性评价指标Q，当σ_j<Q时，则挡风玻璃加温系统，加热均匀性好，且σ_j值越小，均匀性越好，反之加热均匀性差。

当时，风挡玻璃局部位置实际温度值高于预设挡风玻璃最高加热温度时，会在显示器上显示报警信息，控制蜂鸣器发出警报，并将报警信息传递给挡风玻璃加温系统，停止挡风玻璃加热。其中T_d1为设定的温度最大差值，该值由T_d1＝λ×|t_d1-t_en|决定，λ为温度安全系数。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞机挡风玻璃加温测试系统，其特征在于，包括温度传感器、数据采集模块、数据采集单元主机、计算机、显示器、蜂鸣器及通信线缆；其中：

温度传感器若干贴附于挡风玻璃上，用于作为温度敏感元件采集挡风玻璃上温度信息，温度传感器选热电偶；数据采集模块，所述数据采集模块采用多通道、高精度的数据采集模块，用于扫描并接收温度传感器传递的电信号，将信号进行A/D转换,并将转化后信号传递给数据采集单元主机；所述数据采集单元主机采用多通道、高速度、高性能数据采集单元主机，用于接收数据采集模块传来的温度数据，并实现温度数据的初步处理,并将处理后的信号传递给计算机；所述计算机搭配数据处理软件，实现对温度信息的分组归类显示、实时监测各个温度传感器传回的温度信息、温度信息综合处理、存储采集及处理后的信息、温度传感器工作状态自检、温度异常识别、故障报警及加温时长记录；所述显示器用于显示数据、数据处理结果及报警信息；所述蜂鸣器用于故障报警；所述通信线缆用于连接风挡加温测试系统与挡风玻璃加温系统，实现控制信息传递，工作时，通过如下步骤实施：

步骤1：飞机挡风玻璃加温系统数据采集设备放置在待测挡风玻璃附近；

步骤2：将挡风玻璃与挡风玻璃加温系统通过线缆连接，并连接电源；

步骤3：将挡风玻璃加温系统数据采集设备通过温度传感器与挡风玻璃连接，实现温度信息采集；

步骤4：将挡风玻璃加温系统通过通信线缆与挡风玻璃加温系统数据采集设备连接，实现信息通讯；

步骤5：挡风玻璃加温系统数据采集设备通电工作，实现温度信息实时采集、监控、处理及存储；

步骤6：加温系统通电工作，对挡风玻璃进行加热，实现挡风玻璃温度调节至预定温度；

所述采集的温度数据处理方法，是采用以下算法实现：

T_ikj＝|t_ij-t_kj|其中，T_ikj代表第j次测温，第i个温度传感器与第k个温度传感器的温度测量差值的绝对值，单位可选为℃或℉，i及k代表第i个和第k个温度传感器，j代表第j次测温，与测量时间对应，0≤i≤n，0≤k≤n，i≠k，i,j，

当或/>且随着加热时长增加，对应测量第j+1，j+2…次测量时，仍然保持t_ij<t_en或t_ij>T_d则该温度传感器温度数据异常，显示器显示报警信息，提示对应第i个温度传感器故障，并控制蜂鸣器发出警报，从而实现热电偶工作状态自检及故障报警功能；其中t_en为环境温度，T_d为设定温度异常数据，该值由T_d＝β×t_d1，β为温度异常系数，t_d1为挡风玻璃加温系统设定的加热温度；

采用修正的标准差σ_j来衡量n组温度传感器在第j次不同位置测量挡风玻璃的温度分布均匀状况，如下：

其中t_j为处于正常工作状态的温度传感器第j次测量时的温度平均值，z为第z个故障的温度传感器，b为发生故障的温度传感器数量；

设置温度分布均匀性评价指标Q，当σ_j<Q时，则挡风玻璃加温系统，加热均匀性好，且σ_j值越小，均匀性越好，反之加热均匀性差；

当时，风挡玻璃局部位置实际温度值高于预设挡风玻璃最高加热温度时，会在显示器上显示报警信息，控制蜂鸣器发出警报，并将报警信息传递给挡风玻璃加温系统，停止挡风玻璃加热；其中T_d1为设定的温度最大差值，该值由T_d1＝λ×|t_d1-t_en|决定，λ为温度安全系数；

应用软件可将实时测量的温度信息、加热时长信息和挡风玻璃加温系统设置的温度信息集成于一个表格内，并可实时显示，挡风玻璃实际温度均值与设定温度信息的差值通过对P值大小判断，进而实现对加温系统温度指标的验证和校准，其中P值越大，则实际温度与加温系统设定温度偏离越大，P值越小则实际温度与加温系统设置温度符合度越高；随着加热时间变长，通过判断P值大小变化趋势，来观察挡风玻璃温度随加热时长的变化趋势及关系，当P<Q_定，则认为风挡玻璃达到了加温系统预设温度，此时记录加热时长t，其中Q_定为允许的挡风玻璃实际加温温度误差值。

2.根据权利要求1所述的一种飞机挡风玻璃加温测试系统，其特征在于，所述步骤3，在挡风玻璃上均匀布置温度传感器，并按照行列编号，便于均匀采集玻璃表面温度，且精确定位温度测试点位置。

3.根据权利要求2所述的一种飞机挡风玻璃加温测试系统，其特征在于，所述步骤4，按照一定的时间间隔将各个温度传感器的温度信息记录在表格内，所述时间间隔在数据采集频率范围内可调；通过将加温系统预定的温度与挡风玻璃加温系统数据采集设备采集的温度处理后数据实时对比，计算综合差值，来校准加温系统温度控制性能参数；将温度告警信息传递给计算机，是通过比对挡风玻璃加温系统数据采集设备采集的温度处理数据与预设温度最大值之间大小关系，发出告警信号，进而实现温度过高时，加温系统停止加热，即高温告警保护功能。

4.根据权利要求3所述的一种飞机挡风玻璃加温测试系统，其特征在于，所述步骤5，挡风玻璃加温系统数据采集设备可实时采温度传感器传来的温度信息，信息经AD转换及处理后，传递给计算机，经专用应用软件进行数据处理后，在显示器上显示测量温度信息。

5.根据权利要求4所述的一种飞机挡风玻璃加温测试系统，其特征在于，所述步骤6，加温系统可接受由挡风玻璃加温系统数据采集设备反馈的温度过高告警信息，进而作出相应温度控制，实现高温安全保护功能。