專利名稱：電推進試驗平臺測量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電推進發(fā)動機試驗領(lǐng)域，具體涉及一種電推進試驗平臺測量控制裝置。
背景技術(shù)：
電推進作為一種先進的微:推力推迸方式，將會在衛(wèi)星或是飛船的姿態(tài)軌道控制、軌道轉(zhuǎn)
移以及星際航行中發(fā)揮越來越大的作用。電推進家族中的電弧加熱發(fā)動機Arcjet、離子發(fā)動 機、磁等離子推力器、膠質(zhì)微推力器等等被廣泛研究。
所用發(fā)動機的工程運用都離不開嚴密地面試驗，進行地面試驗就離不開測量控制裝置。 要評價一個發(fā)動機的實際性能，需要試驗數(shù)據(jù)，需要測量控制裝置能夠提供可信的數(shù)據(jù)。同 時發(fā)動機的推進劑供給，發(fā)動機的正常工作，都離不開測量控制裝置的準確控制。 電推進推力小、流量小、特殊電源等等特點注定了電推進試驗平臺測量控制裝置具有其獨特 的特點，目前國內(nèi)還沒有專門為綜合性電推進試驗平臺研制的測量控制裝置。 發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為電推進試驗平臺設(shè)計提供一套滿足電推進試驗要求的測量控制裝置。 具體應(yīng)滿足電推進發(fā)動機工程樣機的穩(wěn)態(tài)、壽命等試驗；具備信號調(diào)理與隔離放大功能，能 對多路模擬量進行實時采集，采樣速率要求高速采集每通道不低于50KSPS,低速采集每通道 不低于0.5KSPS，模擬量包括主電路電壓、電流、流量、推力、溫度、壓力等；1/0板的開關(guān) 量輸出不小于12路，實現(xiàn)電磁閥的電路驅(qū)動功能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明是適用于電推進試驗平臺的測量控制裝置，包括穩(wěn)壓電 源裝置、測量控制臺、電推進試驗平臺測量裝置、電推進平臺控制裝置。電推進試驗平臺測 量裝置、電推迸試驗平臺控制裝置的主要部件安置于測量控制臺上，穩(wěn)壓電源裝置為測量控 制臺提供直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源。測量信號由采集信號線輸送到測量控制臺，測量控 制臺為電推進平臺測量裝置、電推進試驗平臺的部件提供電源和控制信號。
電推進試驗平臺測量裝置的由帶有數(shù)據(jù)采集軟件的測量工控機、低速采集卡、高速采集 卡、A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路、隔離模塊、電連接器、釆集信號線、變送器和傳感器組組成。 電推進試驗平臺測量裝置能夠完成數(shù)據(jù)的現(xiàn)場釆集以及后處理。
電推進試驗平臺控制裝置主要部件為可編程控制器(Programmable Logic Controller,簡稱 為PLC)、帶有PLC編程程序的工控機、固態(tài)繼電器、光電隔離電路、控制信號線。電推進 試驗平臺控制裝置完成對電推進試驗平臺各部件穩(wěn)定供電，對電推進試驗平臺輸出控制信號。
4本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 能同時進行雙端8路的高速采集和單端32路的低速采集，滿足不同要求；
(2) 采集信號抗干擾能力強；
(3) 能夠?qū)﹄娡七M試驗平臺進行多路穩(wěn)定供電，可以輸出交流也可以輸出直流，可以輸出 不同幅值的電壓，滿足不同用電設(shè)備要求；
(4) 通過控制面板，能夠?qū)﹄娡七M試驗平臺輸出不同形式、不同時序、不同周期的控制信
號；
(5) 電推進試驗多在真空下進行，電推進試驗平臺測量控制裝置能夠在真空條件進行控制 測量。


圖1是本發(fā)明所述的電推進試驗平臺測量控制裝置示意圖； 圖2是本發(fā)明所述的電推進試驗平臺測量裝置示意圖； 圖3是本發(fā)明所述的電推進試驗平臺控制裝置示意圖。 圖中
l.電推進試驗平臺測量裝置 103.低速采集卡
106.隔離模塊 IIO.溫度傳感器
115.壓力傳感器
105.采集信號線 109.傳感器組 112.霍爾電壓傳感器 114.流量傳感器 2.電推進試驗平臺控制裝置 203.光電隔離電路 204.固態(tài)繼電器 4 .穩(wěn)壓電源裝置 401 .直流穩(wěn)壓電源
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明是適用于電推進試驗平臺的測量控制裝置，電推進試驗平臺測量控制裝置是電推 進試驗平臺的一個組成部分，如圖1所示，該裝置包括電推進試驗平臺測量裝置1、電推進 試驗平臺控制裝置2、測量控制臺3以及穩(wěn)壓電源裝置4。
測量控制臺3用于安裝電推進試驗平臺測量裝置1中的測量工控機101主機、高速采集 卡102、低速采集卡103、 A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路104以及電推進試驗平臺控制裝置2中的
IOI.測量工控機 102.高速釆集卡 104. A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路 107.電連接器108.變送器 lll.位移傳感器 113.霍爾電流傳感器 116.溫度傳感器 117.位移傳感器 201.控制工控機202.可編程控制器PLC 205.控制信號線 3.測量控制臺 402.交流穩(wěn)壓電源控制工控機201、可編程控制器PLC202、光電隔離電路203、固態(tài)繼電器204;電推進試驗 平臺測量裝置l中的隔離模塊106、電連接器107、變送器108、傳感器組109根據(jù)試驗的現(xiàn) 場要求，安裝在方便參數(shù)測量的地方；電連接器107安裝在真空艙過艙法蘭上；電推進試驗 平臺控制裝置2輸出的控制信號經(jīng)由控制信號線205輸出到氣體推進劑供給裝置管路中的電 磁閥；穩(wěn)壓電源裝置4供給測量控制臺3穩(wěn)定的交流電和直流電，并經(jīng)由測量控制臺3供給 電推進試驗平臺的部件。
電推進試驗平臺測量裝置1用來釆集電推進發(fā)動機試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。如圖2所示，電推 進試,平臺測量裝置1由測量工控機101、高速采集卡102、低速釆集卡103、 A/V轉(zhuǎn)換和RC 濾波電路104、采集信號線105、隔離模塊106、電連接器107、變送器108和傳感器組109 組成。試驗時，傳感器組109選定的各種傳感器的類型和型號根據(jù)試驗具體要求確定。在電 推進試驗平臺中，傳感器組109包括溫度傳感器110、位移傳感器111、霍爾電壓傳感器112、 霍爾電流傳感器113、流量傳感器114和壓力傳感器115;再根據(jù)試驗要求，選擇與傳感器組 109中所用傳感器相匹配的變送器108,把傳感器組109釆集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電流信號或是電壓 信號；如果是從真空艙內(nèi)采集的信號，稱其為艙內(nèi)信號，艙內(nèi)信號要先通過電連接器107， 再傳入隔離模塊106;如果是從真空艙外采集的信號，稱其為艙外信號，艙外信號不用經(jīng)過 電連接器107，直接進入隔離模塊106;隔離模塊106后的信號直接由采集信號線105傳遞到 A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路104; A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路104轉(zhuǎn)化生成的電壓信號如果頻率 小于1KSPS則進入低速采集卡103，如果大于或等于1KSPS則進入高速采集卡102,高速采 集卡102和低速采集卡103將釆集到的數(shù)據(jù)輸入到測量工控機101，測量工控機101通過數(shù)
據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測，并把結(jié)果顯示在顯示器屏幕上；在試驗結(jié)束后，測量工控 機101通過數(shù)據(jù)采集軟件對試驗數(shù)據(jù)進行后處理。試驗時，穩(wěn)壓電源裝置4中的直流穩(wěn)壓電 源401給變送器108和隔離模塊106提供穩(wěn)定的直流工作電壓，穩(wěn)壓電源裝置4中的交流穩(wěn) 壓電源402給A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路104、高速采集卡102、低速采集卡103和測量工控機 101提供穩(wěn)定的交流工作電壓。
測量工控機101是數(shù)據(jù)采集與處理的終端，安裝有數(shù)據(jù)采集軟件。該數(shù)據(jù)釆集軟件使用 C語言編程，并使用VB語言編程界面。該數(shù)據(jù)采集軟件使用方便、性能穩(wěn)定、界面友好。 該數(shù)據(jù)采集軟件能夠完成裝置設(shè)置、通道標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等功能。
高速釆集卡102用于數(shù)據(jù)的高速采集，通道數(shù)為雙端8路，高速采集的采集速率為每通 道50KSPS,能同時采集8個信號，這8個信號可以是電壓型的，也可以是電流型的。
低速釆集卡103用于數(shù)據(jù)的低速采集，通道數(shù)位單端32路，低速采集的采集速率為每通 道1KSPS,能同時采集16個電壓信號，16個電流信號。
A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路104屬于非標(biāo)產(chǎn)品，A/V轉(zhuǎn)換可以現(xiàn)場調(diào)節(jié)，把變送器108的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。
采集信號線105用于傳送變送器108輸出信號，為減少干擾，采集信號線105選用有屏
蔽層的電纜。
隔離模塊106能夠隔離電路上下游，抑制共模干擾。 電連接器107釆用品質(zhì)較高的航空插頭，用來傳遞真空艙艙內(nèi)的電信號。 變送器108將溫度、壓力、電流、電壓和流量等物理量轉(zhuǎn)化為計算機可以采集的電信號。 傳感器組109包括溫度傳感器(110)、位移傳感器(111)、霍爾電壓傳感器(112)、霍 爾電流傳感器(113)、流量傳感器(114)和壓力傳感器(115)，用來采集試驗關(guān)注的參數(shù)。 電推進試驗平臺控制裝置2可以根據(jù)試驗要求，輸出不同的控制信號，并控制電源供給。 電推進試驗平臺控制裝置2可以用來控制電推進試驗平臺使用的各種電磁閥的工作狀態(tài)以及 用電設(shè)備的供電。如圖3所示，電推進試驗平臺控制裝置2由控制工控機201、可編程控制 器PLC202、光電隔離電路203、固態(tài)繼電器204和控制信號線205組成，其中控制工控機201 對可編程控制器PLC202的程序控制方式進行編程確定；可編程控制器PLC202輸出的控制 信號經(jīng)由光電隔離電路203,再由固態(tài)繼電器204放大后，由控制信號線205輸出試驗所需 的電推進試驗平臺控制信號；同時可編程控制器PLC202輸出的控制信號作為電推進試驗平 臺測量裝置1采集測量數(shù)據(jù)所需的時鐘信號，輸入電推進試驗平臺測量裝置1中的A/V轉(zhuǎn)換 和RC濾波電路104,作為數(shù)據(jù)處理的時間依據(jù)。
控制工控機201上安裝有PLC的編程軟件,可以對可編程控制器PLC202進行編程控制， 作為可編程控制器PLC202的上位機使用。
可編程控制器PLC202實現(xiàn)試驗過程的自動控制。
光電隔離電路203是非標(biāo)產(chǎn)品，能夠隔離下游電路對可編程控制器PLC202的影響。
固態(tài)繼電器204的作用是把PLC的輸出的較小控制信號轉(zhuǎn)換為電推進試驗平臺使用的電
磁閥所需的大電流。
控制信號線205傳輸控制信號，選用帶屏蔽層的電纜。
測量控制臺3屬于非標(biāo)設(shè)備，用于安裝電推進試驗平臺測量裝置1和電推進試驗平臺控 制裝置2的主要部件。
穩(wěn)壓電源裝置4為電推進試驗豐臺測量控制裝置提供穩(wěn)定無干擾的電源供應(yīng)，包括交流 穩(wěn)壓電源402和直流穩(wěn)壓電源401。交流穩(wěn)壓電源402為裝置提供穩(wěn)定的交流供電，避免市 電波動造成的干擾；交流穩(wěn)壓電源402要求輸出功率大于5kW。直流穩(wěn)壓電源401為變送器 108和隔離模塊106提供穩(wěn)定的直流供電；直流穩(wěn)壓電源401要求能夠輸出0-30V的可調(diào)電 壓以及0 3A的可調(diào)電流。
權(quán)利要求
1、一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于，該裝置包括電推進試驗平臺測量裝置(1)、電推進試驗平臺控制裝置(2)、測量控制臺(3)以及穩(wěn)壓電源裝置(4)，電推進試驗平臺測量裝置(1)由測量工控機(101)、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)、A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)、采集信號線(105)、隔離模塊(106)、電連接器(107)、變送器(108)和傳感器組(109)組成；變送器(108)把傳感器組(109)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電流信號或電壓信號；從真空艙內(nèi)采集的信號，稱其為艙內(nèi)信號，艙內(nèi)信號要先通過電連接器(107)，再傳入隔離模塊(106)；從真空艙外采集的信號，稱其為艙外信號，艙外信號不用經(jīng)過電連接器(107)，直接進入隔離模塊(106)；隔離模塊(106)后的信號直接由采集信號線(105)傳遞到A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)；A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)轉(zhuǎn)化生成的電壓信號如果頻率小于1KSPS則進入低速采集卡103，如果大于或等于1KSPS則進入高速采集卡(102)或低速采集卡(103)，高速采集卡(102)和低速采集卡(103)將采集到的數(shù)據(jù)輸入到測量工控機(101)，測量工控機(101)通過數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測，并把結(jié)果顯示在顯示器屏幕上；在試驗結(jié)束后，測量工控機(101)通過數(shù)據(jù)采集軟件對試驗數(shù)據(jù)進行后處理；電推進試驗平臺控制裝置(2)由控制工控機(201)、可編程控制器PLC(202)、光電隔離電路(203)、固態(tài)繼電器(204)和控制信號線(205)組成，其中控制工控機(201)對可編程控制器PLC(202)的程序控制方式進行編程確定；可編程控制器PLC(202)輸出的控制信號經(jīng)由光電隔離電路(203)，再由固態(tài)繼電器(204)放大后，由控制信號線(205)輸出試驗所需的電推進試驗平臺控制信號；同時可編程控制器PLC(202)輸出的控制信號作為電推進試驗平臺測量裝置(1)采集測量數(shù)據(jù)所需的時鐘信號，輸入電推進試驗平臺測量裝置(1)中的A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)，作為數(shù)據(jù)處理的時間依據(jù)；測量控制臺(3)上安裝有電推進試驗平臺測量裝置(1)中的測量工控機(101)主機、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)、A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)以及電推進試驗平臺控制裝置(2)中的控制工控機(201)、可編程控制器PLC(202)、光電隔離電路(203)和固態(tài)繼電器(204)；電推進試驗平臺測量裝置(1)中的隔離模塊(106)、電連接器(107)、變送器(108)、傳感器組(109)根據(jù)試驗的現(xiàn)場要求，安裝在方便參數(shù)測量的地方；電連接器(107)安裝在真空艙過艙法蘭上；電推進試驗平臺控制裝置(2)輸出的控制信號經(jīng)由控制信號線輸出到氣體推進劑供給裝置管路中的電磁閥；試驗時，穩(wěn)壓電源裝置(4)中的直流穩(wěn)壓電源(401)給變送器(108)和隔離模塊(106)提供穩(wěn)定的直流工作電壓，穩(wěn)壓電源裝置(4)中的交流穩(wěn)壓電源(402)給A/V轉(zhuǎn)換和RC濾波電路(104)、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)和測量工控機(101)提供穩(wěn)定的交流工作電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的傳感器 組(109)包括溫度傳感器(110)、位移傳感器(111)、霍爾電壓傳感器(112)、霍爾電流傳 感器(113)、流量傳感器(114)和壓力傳感器(115)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的高速采 集卡(102)的通道數(shù)為雙端8路，高速釆集的釆集速率為每通道50KSPS，同時釆集8個信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的低速采 集卡(103)的通道數(shù)位單端32路，低速釆集的釆集速率為每通道1KSPS，同時釆集16個電 壓信號，16個電流信號。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的采集信 號線(105)選用具有屏蔽層的電纜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的控制信 號線(205)選用具有屏蔽層的電纜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的直流穩(wěn) 壓電源(401)能夠輸出0-30V的可調(diào)電壓以及0-3A的可調(diào)電流。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電推進試驗平臺測量控制裝置，其特征在于所述的交流穩(wěn) 壓電源(402)的輸出功率大于5kW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電推進試驗平臺測量控制裝置。包括穩(wěn)壓電源裝置、測量控制臺、電推進試驗平臺測量裝置、電推進試驗平臺控制裝置。穩(wěn)壓電源裝置提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)；測量控制臺安裝各種設(shè)備；電推進試驗平臺測量裝置能夠?qū)υ囼灁?shù)據(jù)同時進行雙端8路的高速采集和單端32路的低速采集，并能進行試驗數(shù)據(jù)的后處理；電推進試驗平臺控制裝置能夠控制輸出不同的控制信號。電推進試驗平臺測量控制裝置能夠在真空條件下使用。
文檔編號G01M15/02GK101539483SQ20091008271
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者張莘艾, 施陳波, 湯海濱, 王海興 申請人:北京航空航天大學(xué)