發(fā)布時間：2019-09-19 03:26

【摘要】：氧氣監(jiān)控器作為機(jī)載供氧系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,其穩(wěn)定性與可靠性非常重要,需要在其投入使用前進(jìn)行嚴(yán)格的測試。目前氧氣監(jiān)控器的主要測試方法是手動測試,由于該方法存在著效率低、精度差等缺點,文章設(shè)計了一種能夠為氧氣監(jiān)控器自動化測試提供模擬高空環(huán)境的負(fù)壓控制系統(tǒng),介紹了負(fù)壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),分析了以脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation,PWM)技術(shù)控制高速開關(guān)閥的方式進(jìn)行負(fù)壓控制的原理。并以嵌入式工控機(jī)作為控制系統(tǒng)核心,設(shè)計了一種能夠準(zhǔn)確快速模擬負(fù)壓環(huán)境的負(fù)壓艙、高速開關(guān)閥驅(qū)動電路、電源電路等。實驗結(jié)果表明,該負(fù)壓控制系統(tǒng)具有精確、高效、可靠、自動化等特性,能滿足氧氣監(jiān)控器的測試要求。
【圖文】：

，，系統(tǒng)能夠快速、平穩(wěn)地達(dá)到設(shè)定值，且控制誤差在５０ｍ范圍內(nèi)。（２）當(dāng)氧氣監(jiān)控器在某一高度下發(fā)出報警信號時，系統(tǒng)能夠采集到該信號，并結(jié)合氧濃度判斷該條件下氧氣監(jiān)控器的報警功能是否正常。（３）當(dāng)負(fù)壓艙內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定負(fù)壓值時，為確保負(fù)壓艙門能正常打開，系統(tǒng)應(yīng)包括使負(fù)壓艙回到常壓的功能。（４）由于氧氣監(jiān)控器是精密的貴重設(shè)備，其電源需要穩(wěn)定可靠，硬件電路中的電壓與電流不能出現(xiàn)過載現(xiàn)象。１．２總體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖１所示。該系統(tǒng)由工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集板卡、功率驅(qū)動電路模塊、高速開關(guān)閥、真空泵、氣壓傳感器、繼電器模塊、系統(tǒng)電源模塊、負(fù)壓艙等部分構(gòu)成。其中工控機(jī)與數(shù)據(jù)采集板卡作為系統(tǒng)控制中心，同時起到了人機(jī)交互的作用。功率驅(qū)動電路是用來驅(qū)動高速開關(guān)閥的。系統(tǒng)電源模塊起到為各硬件設(shè)備供電的作用，其中部分設(shè)備的通斷電是通過控制繼電器來實現(xiàn)的。高速開關(guān)閥、真空泵和負(fù)壓艙等構(gòu)成整個氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖１負(fù)壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)６３０１合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）第４１卷

集板卡作為控制核心。在工控機(jī)上可以直接編寫軟件，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的操作、數(shù)據(jù)采集分析和存儲、決策等功能的人機(jī)界面。數(shù)據(jù)采集板卡具有１６個１２ｂｉｔ單端模擬量輸入通道，采樣率高達(dá)１００ｋＨｚ，２個１２ｂｉｔ模擬量輸出通道，１６個數(shù)字量輸入和１６個數(shù)字量輸出通道。同時具有可編程計數(shù)器和脈寬調(diào)制等特性。２．２負(fù)壓艙負(fù)壓艙作為系統(tǒng)的控制對象，其主要功能是為氧氣監(jiān)控器的測試提供一套模擬的高空負(fù)壓環(huán)境。負(fù)壓艙的結(jié)構(gòu)示意圖如圖２所示，負(fù)壓艙的尺寸為４５０ｍｍ×４５０ｍｍ×５００ｍｍ，體積約為１０１Ｌ。負(fù)壓艙內(nèi)有氧氣監(jiān)控器固定裝置、２個電磁閥、１個排氣閥、１個高精度數(shù)字壓力表，負(fù)壓艙的側(cè)壁裝有安全閥，負(fù)壓艙與真空泵通過高速開關(guān)閥相連。為了保證負(fù)壓艙的密閉性，氧氣監(jiān)控器與外界的通信通過安裝在負(fù)壓艙上的航空插頭轉(zhuǎn)接。圖２負(fù)壓艙結(jié)構(gòu)示意圖從圖２中可以看出外界的供給氣體先通過減壓閥，再經(jīng)過電磁閥進(jìn)入氧氣監(jiān)控器。由于氧氣監(jiān)控器內(nèi)部有限流的功能，因此經(jīng)氧氣監(jiān)控器右側(cè)電磁閥流入負(fù)壓艙內(nèi)的氣流很小，對負(fù)壓艙內(nèi)的氣壓影響可以忽略不計。圖２中排氣閥的作用是當(dāng)負(fù)壓艙內(nèi)氣壓為負(fù)壓時，打開它使負(fù)壓艙內(nèi)壓力恢復(fù)到常壓。安全閥的作用是防止負(fù)壓艙內(nèi)的氣壓過大。負(fù)壓艙上的航空插頭一個與電源相連為氧氣監(jiān)控器供電，一個與數(shù)據(jù)采集板卡ＩＯ口相連傳輸信號。負(fù)壓艙中的氣壓傳感器獲取的氣壓值，通過（１）式可以轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的高度值，即Ｈ＝４４３００［１－（Ｐ／Ｐ０）１／５．２５５
【作者單位】： 合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(61274036)
【分類號】：V245.31

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本文編號：2537843