Sistema de Adquisición de datos de Sondas de Respuesta Rápida en Banco de Ensayos Fluidodinámicos

Author(s):
Gadea García - Centro de Tecnologías Aeronáuticas

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
PXI-4472, LabVIEW, PXI-6602

The Challenge:
Adquirir de forma sincronizada datos de presión medidos mediante sondas de respuesta rápida y señales de posicionamiento del sistema de actuación encargado del movimiento de dichas sondas en ensayos de turbinas de baja presión

The Solution:
Mediante el entorno de programación gráfico LabVIEW, se ha desarrollado un sistema de medida basado en la plataforma PXI, con tarjetas de muestreo simultáneo de señales analógicas para medidas de sensores de sondas de respuesta rápida y tarjeta de contadores para medida de señales de encoder.

Introducción

El alto coste que supone la puesta en marcha y funcionamiento del banco de ensayos

fluidodinámicos generó la necesidad de desarrollar e implementar un sistema de medida que

permitiera reducir al máximo el tiempo de ensayo. Para ello, se precisaba instrumentación

avanzada con alta velocidad de respuesta, lo que requería a su vez realizar medidas que

proporcionasen en todo momento la posición, tanto radial como angular, de dicha

instrumentación.

 

Desarrollo del Sistema

La instrumentación elegida para realizar las medidas de presión se basa en sondas de respuesta rápida (ver Figura 1). Éstas permiten realizar barridos de forma continua sin necesidad de detenerlas para estabilizar en los distintos puntos de medida.

 Para que la utilización de este tipo de sondas sea válida es preciso conocer la posición

instantánea de las mismas y así tener una correspondencia exacta entre la lectura de los

sensores y el punto del barrido al que corresponde en cada momento.

El sistema de actuación encargado del movimiento de las sondas está formado por actuadores radiales, que permiten el movimiento lineal a lo largo del eje de la sonda, y actuadores circunferenciales, que desplazan la sonda angularmente en el plano de medida. La medición de las señales de posicionamiento requiere la captura de las señales de pulsos generadas por encoder. Con estos datos se establece la relación entre los pulsos de encoder medidos y la posición de los actuadores a la que corresponden, medida en las unidades adecuadas (mm para actuadores radiales y grados para los circunferenciales).

 

Sistema de adquisición

El sistema de medida desarrollado para esta solución adquiere las siguientes señales:

• Medidas de presión:diez señales analógicas acondicionadas por cada sonda que intervenga en el ensayo.

En total el sistema tiene capacidad para capturar simultáneamente señales de tres sondas. Para estas medidas se opta por tarjetas PXI-4472, que permiten, cada una de ellas, la adquisición simultánea y sincronizada de ocho señales analógicas. Disponen además de entrada de trigger externo, que nuestro sistema utiliza para el comienzo de la adquisición mediante la conexión de una señal proveniente del sistema de actuación, que permite la sincronización de las señales del PXI entre sí y con otros sistemas de medida del banco de ensayos.

De manera simultánea a la adquisición de estas señales se realiza un análisis de las mismas para obtener parámetros característicos de ruido, ya que si éste supera ciertos límites las medidas quedan invalidadas.

 

•  Medidas de posicionamiento: una señal de encoder por cada uno de los actuadores radiales y circunferenciales que soporten cada sonda.

El movimiento de cada sonda se lleva a cabo mediante un actuador radial montado sobre uno circunferencial, por tanto, para definir la posición exacta de una sonda es preciso adquirir dos señales de encoder. Para ello, se utiliza una tarjeta PXI-6602, que permite, mediante contadores, la detección de flancos de los pulsos generados por encoder. Además, la señal de paso por cero de los encoder se utiliza para eliminar cualquier error que se haya podido producir en la detección de pulsos, y permite disponer en cada instante de la posición absoluta del elemento medido.

Uno de los principales problemas a resolver en este apartado es el ruido, que suele estar presente en la toma de datos en entornos industriales. En este caso concreto, a pesar del apantallamiento de los cables de los encoder, pequeños niveles de ruido hacen que aparezcan pulsos en la medición de la señal digital que no son reales. Como solución a este problema se introducen, mediante programación, filtros digitales que eliminan el ruido eléctrico que perturba la señal que queremos medir.

 

Todos los datos anteriormente descritos se almacenan en ficheros de texto con un formato específico que facilita el posproceso de los mismos. Así mismo, dado que para cada barrido de puntos se realiza una adquisición continua y los ficheros incluyen miles de segundos, también se almacenan datos de sincronización para que el acceso a cualquier instante medido pueda ser aleatorio y no secuencial.

La captura de las medidas requeridas se obtiene con una sincronización de las señales con errores del orden de microsegundos. Esto supone un requisito indispensable para la validez del sistema ya que la correspondencia entre medidas de presión y posición es vital para la correcta interpretación de los datos.

 

Todos estos requisitos, la robustez requerida por el sistema, la capacidad de procesamiento de los datos y la necesidad de sincronismo y simultaneidad de las señales adquiridas hacen de la plataforma PXI la solución idónea para esta aplicación. Así mismo, para el desarrollo de la aplicación que controla el sistema es LabVIEW la herramienta de programación utilizada, ya que permite aprovechar toda la potencia del hardware de forma sencilla.

 

Capacidades adicionales de la aplicación

La aplicación desarrollada para el control de este sistema de adquisición (ver Figura 2) permite, además de llevar a cabo las medidas anteriormente descritas, la visualización en tiempo real de los 32 canales analógicos de que dispone el sistema, tanto en unidades de voltios como en pascales. Así es posible chequear de forma rápida, antes de lanzar un barrido, que todas las conexiones y medidas que proporcionan los sensores son correctas.

 

Una vez completada una adquisición, el sistema permite verificar si ésta se ha realizado correctamente mediante la comprobación del tamaño final de los ficheros generados.

 

Por último, puesto que el sistema registra en un fichero directamente los pulsos de las señales de encoder, dispone de una opción para transformar dichos pulsos a posiciones en unidades más entendibles por el usuario, es decir, transforma los pulsos de los actuadores radiales a mm y los correspondientes a actuadores circunferenciales a grados.

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Gadea García
Centro de Tecnologías Aeronáuticas

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