基于VXI总线技术的叶片振动测试系统

    航空发动机的叶片是发动机上最重要的机械设备，为了保障发动机的稳定工作，需要对叶片在生产后进行严格的振动疲劳测试。该试验是一个多参数、多计算的测试诊断试验。系统包含两部分，一部分是激励，另一部分是测试。在试验过程中，要求长时间、高精确测试，如果采用人工手动测试，工作量非常大，并且误差也非常大。为了解决这一问题，我公司联合某叶片生产厂家，研制了这套基于VXI总线的虚拟仪器测试系统。
    纵横公司推出的叶片振动测试系统是针对航空发动机叶片振动检测研制的多参数、快速、综合、自动化的检测系统。该系统测试功能包括航空发动机叶片的信号激励、应力大小、应力分布、共振频率、疲劳寿命参数等。详细描述如下：
硬件配置：
    PC机
    JV53500A C尺寸6槽VXI机箱
    E8491B 1394零槽控制器
    JV53202 40MSPS 12-bit 2/4-ch任意波形发生器
    JV53121 25KSPS 12-bit 32-ch并行数据采集模块
    6通道的应变仪。
    计算机通过零槽控制器完成对各个VXI模块的控制和测试数据的传输。任意波形发生器模块(JV53202)用于提供激励信号源。应变仪主要是对叶片上的应变片信号的补偿、调平衡和放大。32通道数据采集模块(JV53121)用于采集应变仪输出的放大信号。所有VXI模块都安装在6槽 VXI机箱（JV53500）里。
    计算机控制任意波形发生器（JV53202）产生一激励信号源经过放大去驱动振动台使振动台上的叶片进行振动，从而使粘贴在叶片上的应变片的电阻发生变化而导致电压变化，变化的电压信号经过应变仪器进行放大处理再传送到32通道A/D模块(JV53121)，最后计算机通过1394控制器读取A/D数据。
    该系统的测试功能主要分应力测试、试弹性模测试和疲劳测试三部分。
    应变片振动测试系统软件是利用Borland C++ Builder可视化编程工具，运行于Windows 98/2000/XP环境下的、具有友好的可视化人机交互界面、性能稳定、功能齐备的自动化数据采集测试系统。
测试过程中可能出现的问题和解决方法
    1、在对叶片的应力、应变稳定状态测试时，如发现应变值曲线光滑但其值出现异常时应停止测试。由应变值曲线光滑可以排除测试叶片上的应变片脱落或粘贴不可靠，应检测应变仪是否发生零点漂移或补偿片上的应变片是否脱落或粘贴不可靠。因为应变仪器的零点漂移或补偿片上的应变片是否脱落或粘贴不可靠将影响应变仪的电阻平衡。在该测试系统中采用相邻工作的半桥线路。
        R1= R2=R3= R4= R
    R2——补偿应变片，粘在与被测试件材料相同的不受力的补偿件上。
    R1——测量应变片，粘贴在被测试件上。
    当正常工作时，电桥的桥臂R1有电阻增量△R1，电桥的桥臂R2有电阻增量△R1=0，而R3和R4臂为固定电阻R（△R3=△R4=0），半桥输出电压为：
    Uo=(△R1/ R1) Ui/4 （1）
    （1）式中△R1/ R1——R1由于叶片振动引起的电阻变化率；
    当补偿应变片上的应变片脱落或粘贴不可靠时将引起R2的电阻变化率为△R2/ R2；
    即 Uo=(△R1/ R1-△R2/ R2) Ui/4 （2）
    由（2）可知输出电压Uo将受到影响，即测试叶片上的应变值是错误的。
    2、在对叶片进行应力、应变测试时，如出现测试界面中应变片最大值的位置不确定或应变值曲线不光滑时可能出现应变片脱落或粘贴不可靠和叶片出现裂纹或损伤。
    3、在对被测试叶片的共振频率进行搜索过程中，出现搜索频率误差过大或不准确的原因：
    a：在搜索试样共振动频率时，应先设置激励源输出频率的上限、下限、扫描时间和扫描步长，尽量使激励源的输出频率变化不能太快。如果输出频率变化太快会出现搜索频率误差过大。
    b：在搜索试样共振动频率时，应时时观察测试界面中的应变值曲线。如发现应变值曲线不光滑时，应停止该次测试。应检验叶片上粘贴的应变片是否粘贴好或检测电源是否稳定。
    4、疲劳寿命观测值出现异常的情况：
    a：关于过大疲劳寿命观测值，其中一个重要原因是，由于操作不慎，在调试设备过程中，施加一两次过大负载，从而引起强化效应。
    b：关于疲劳寿命观测值过小，可能是由于试样本身材质异常、加工缺陷等原因所致。此外，载荷偏心、机器的侧振以及跳动量过大等也会导致疲劳强度的降低。
    5、在该系统的测试中由于对叶片振动的振幅值采用人工观测光学镜读取振幅值，由于人为的误差从而导致出测试最大应力点的直线方程出现较大的误差。
    本系统提出了一种基于VXI总线的发动机叶片振动参数测试方法和算法。这些测试方法和算法符合航空工业部标准，并借鉴了国际上的先进测试方法和算法。实际应用表明，该系统稳定、可靠、实用，具有推广价值。