空間充氣結構地面展開性能測試系統的製作方法

2023-08-11 15:43:46 3

專利名稱：空間充氣結構地面展開性能測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充氣結構地面展開性能測試系統，屬於航天結構地面實驗技術領域。
背景技術：
空間充氣展開結構是一種輕質航天結構，充氣展開過程隨機性較大，結構中各點位移、速度、加速度等物理量不易測量，展開過程穩定性不易評價。目前，對充氣結構的展開特性缺乏有效評價的試驗系統。通過測量充氣結構展開過程對固定支座的加速度，並對加速度數據分析可實現對充氣展開過程的評價。大型充氣展開結構往往氣腔內部壓力很低，因此測量氣腔壓力的傳感器一般採用低壓傳感器，而在充氣展開過程中，充氣壓力相對很高，導致低壓傳感器很容易損壞，因此，低壓測量是充氣結構地面展開試驗需要解決的問題。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有空間充氣結構展開過程隨機性較大而不易試驗測試評價的問題，進而提供一種空間充氣結構地面展開性能測試系統。本發明的技術方案是
本發明的空間充氣結構地面展開性能測試系統，所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統由衝擊力測試模塊和充氣控制模塊組成，所述的衝擊力測試模塊由三軸壓電型加速度傳感器、電荷放大器、A/D轉換器和計算機組成，所述的充氣控制模塊由高壓氣源、壓力開關、手動閥、減壓過濾器、比例調節閥、流量變送器、洩壓電磁閥、安全閥、低壓變送器、PLC控制器、觸控螢幕、電源和多級過壓保護單元組成；
所述的三軸壓電型加速度傳感器安裝在空間充氣結構的固定支座上，空間充氣結構在展開過程中對固定支座的衝擊力由三軸壓電型加速度傳感器獲取，三軸壓電型加速度傳感器的信號輸出端與電荷放大器的信號輸入端相連，電荷放大器的放大信號輸出端與A/D轉換器的信號輸入端相連，A/D轉換器的轉換信號輸出端與計算機的信號輸入端相連，計算機對數據進行採集；
所述的高壓氣源的出口與壓力開關的入口連通，壓力開關用於控制高壓氣源的開啟與關閉，壓力開關的出口與手動閥的入口連通，手動閥用於調節高壓氣源的壓力，手動閥的出口與減壓過濾器的入口連通，減壓過濾器用於高壓氣體的減壓與過濾，減壓過濾器的出口與比例調節閥的入口連通，比例調節閥用於控制氣體的流量，比例調節閥的出口與流量變送器的入口連通，流量變送器用於測量氣體的流量，流量變送器的出口與洩壓電磁閥的入口連通，洩壓電磁閥用於空間充氣結構氣腔內部壓力超過預定壓力時進行洩氣動作，洩壓電磁閥的出口與安全閥的入口連通，安全閥是在空間充氣結構氣腔內部壓力超過預定壓力時的洩氣元件，安全閥的出口與空間充氣結構氣腔的入口連通，空間充氣結構氣腔的出口與多級過壓保護單元的入口連通，多級過壓保護單元的出口與低壓變送器的入口連通，低壓變送器用於測量空間充氣結構氣腔的壓力；
所述的觸控螢幕的信號輸出/輸入端與PLC控制器的信號輸入/輸出端相連，觸控螢幕用於對充氣控制模塊進行操作與參數設置，流量變送器測量的流量信號輸出端與PLC控制器的流量信號輸入端相連，低壓變送器測量的氣體壓力信號輸出端和多級過壓保護單元的多級壓力變送器測量的氣體壓力信號輸出端與PLC控制器的多路壓力信號輸入端相連，PLC 控制器的比例調節控制信號輸出端與比例調節閥的信號輸入端相連，通過比例調節閥調節控制充氣流量，PLC控制器的洩壓控制信號輸出端與洩壓電磁閥的信號輸入端相連，PLC控制器的多路控制信號輸出端與多級過壓保護單元中的多個電磁閥的信號輸入端相連，電源的電源輸出端與電荷放大器、A/D轉換器、計算機、比例調節閥、流量變送器、洩壓電磁閥、安全閥、低壓變送器、PLC控制器、觸控螢幕及多級過壓保護單元中的多級壓力變送器和多個電磁閥的供電電源輸入端相連。所述的多級過壓保護單元由多級壓力變送器和多個電磁閥組成，多級壓力變送器與多個電磁閥相間隔設置並依次串聯。所述的多級壓力變送器的數量為兩個，分別是第一級壓力變送器和第二級壓力變送器；電磁閥的數量為兩個，分別是第一電磁閥和第二電磁閥，第一級壓力變送器與第一電磁閥、第二級壓力變送器及第二電磁閥依次串聯。本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明實現了空間充氣結構展開過程對衛星衝擊影響的地面測試，而且具有低壓測試功能，避免了空間充氣展開過程中低壓傳感器的損壞。通過不同空間充氣過程的加速度數據的頻譜分析，可評估空間充氣結構展開過程平穩性和對衛星的影響。本發明在航天領域具有廣闊的應用前景。


圖1是本發明的空間充氣結構地面展開性能測試系統的結構示意圖。圖中，三軸壓電型加速度傳感器1、電荷放大器2、A/D轉換器3、計算機4、高壓氣源5、壓力開關6、手動閥7、減壓過濾器8、比例調節閥9、流量變送器10、洩壓電磁閥11、安全閥12、低壓變送器13、PLC控制器14、觸控螢幕15、電源16、多級過壓保護單元17、固定支座18、空間充氣結構氣腔19、20、第二級壓力變送器21、第一電磁閥22和第二電磁閥23。
具體實施例方式具體實施方式
一參見圖1，本實施方式的空間充氣結構地面展開性能測試系統， 所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統由衝擊力測試模塊和充氣控制模塊組成，所述的衝擊力測試模塊由三軸壓電型加速度傳感器1、電荷放大器2、A/D轉換器3和計算機4組成，所述的充氣控制模塊由高壓氣源5、壓力開關6、手動閥7、減壓過濾器8、比例調節閥9、 流量變送器10、洩壓電磁閥11、安全閥12、低壓變送器13、PLC控制器14、觸控螢幕15、電源 16和多級過壓保護單元17組成；
所述的三軸壓電型加速度傳感器1安裝在空間充氣結構的固定支座18上，空間充氣結構在展開過程中對固定支座18的衝擊力由三軸壓電型加速度傳感器1獲取，三軸壓電型加速度傳感器1的信號輸出端與電荷放大器2的信號輸入端相連，電荷放大器2的放大信號輸出端與A/D轉換器3的信號輸入端相連，A/D轉換器3的轉換信號輸出端與計算機4的信號輸入端相連，計算機4對數據進行採集；
所述的高壓氣源5的出口與壓力開關6的入口連通，壓力開關6用於控制高壓氣源5 的開啟與關閉，壓力開關6的出口與手動閥7的入口連通，手動閥7用於調節高壓氣源5的壓力，手動閥7的出口與減壓過濾器8的入口連通，減壓過濾器8用於高壓氣體的減壓與過濾，減壓過濾器8的出口與比例調節閥9的入口連通，比例調節閥9用於控制氣體的流量， 比例調節閥9的出口與流量變送器10的入口連通，流量變送器10用於測量氣體的流量，流量變送器10的出口與洩壓電磁閥11的入口連通，洩壓電磁閥11用於空間充氣結構氣腔19 內部壓力超過預定壓力時進行洩氣動作，洩壓電磁閥11的出口與安全閥12的入口連通，安全閥12是在空間充氣結構氣腔19內部壓力超過預定壓力時的洩氣元件，用於安全保護，安全閥12的出口與空間充氣結構氣腔19的入口連通，空間充氣結構氣腔19的出口與多級過壓保護單元17的入口連通，多級過壓保護單元17的出口與低壓變送器13的入口連通，低壓變送器13用於測量空間充氣結構氣腔19的壓力；
所述的觸控螢幕15的信號輸出/輸入端與PLC控制器14的信號輸入/輸出端相連，觸控螢幕15用於對充氣控制模塊進行操作與參數設置，流量變送器10測量的流量信號輸出端與PLC控制器14的流量信號輸入端相連，低壓變送器13測量的氣體壓力信號輸出端和多級過壓保護單元17的多級壓力變送器測量的氣體壓力信號輸出端與PLC控制器14的多路壓力信號輸入端相連，PLC控制器14的比例調節控制信號輸出端與比例調節閥9的信號輸入端相連，通過比例調節閥9調節控制充氣流量，PLC控制器14的洩壓控制信號輸出端與洩壓電磁閥11的信號輸入端相連，PLC控制器14的多路控制信號輸出端與多級過壓保護單元17中的多個電磁閥的信號輸入端相連，電源16的電源輸出端與電荷放大器2、A/D轉換器3、計算機4、比例調節閥9、流量變送器10、洩壓電磁閥11、安全閥12、低壓變送器13、 PLC控制器14、觸控螢幕15及多級過壓保護單元17中的多級壓力變送器和多個電磁閥的供電電源輸入端相連。本實施方式中，所述的多級過壓保護單元17由多級壓力變送器和多個電磁閥組成，多級壓力變送器與多個電磁閥相間隔設置並依次串聯。多級壓力變送器的測壓量程自高向低。本實施方式中，衝擊力測試模塊用於測試空間充氣結構地面展開過程中的衝擊力；充氣控制模塊用於控制空間充氣結構展開過程中的氣體壓力與流量；電源16為電荷放大器2、A/D轉換器3、計算機4、比例調節閥9、流量變送器10、洩壓電磁閥11、安全閥12、低壓變送器13、PLC控制器14、觸控螢幕15及多級過壓保護單元17中的多級壓力變送器和多個電磁閥提供工作電源。
具體實施方式
二 參見圖1，如具體實施方式
一所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統，所述的多級壓力變送器的數量為兩個，分別是第一級壓力變送器20和第二級壓力變送器21 ；電磁閥的數量為兩個，分別是第一電磁閥22和第二電磁閥23，第一級壓力變送器20與第一電磁閥22、第二級壓力變送器21及第二電磁閥23依次串聯。第一級壓力變送器20測壓量程高於第二級壓力變送器21的測壓量程，如此設置便於保護低壓變送器 13，實現空間充氣結構氣腔19低壓的測量。
權利要求
1.空間充氣結構地面展開性能測試系統，其特徵是所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統由衝擊力測試模塊和充氣控制模塊組成，所述的衝擊力測試模塊由三軸壓電型加速度傳感器(1)、電荷放大器(2)、A/D轉換器(3)和計算機(4)組成，所述的充氣控制模塊由高壓氣源(5)、壓力開關(6)、手動閥(7)、減壓過濾器(8)、比例調節閥(9)、流量變送器 (10)、洩壓電磁閥(11)、安全閥(12)、低壓變送器(13)、PLC控制器(14)、觸控螢幕(15)、電源 (16)和多級過壓保護單元(17)組成；所述的三軸壓電型加速度傳感器(1)安裝在空間充氣結構的固定支座(18)上，空間充氣結構在展開過程中對固定支座(18)的衝擊力由三軸壓電型加速度傳感器(1)獲取，三軸壓電型加速度傳感器(1)的信號輸出端與電荷放大器(2)的信號輸入端相連，電荷放大器 (2)的放大信號輸出端與A/D轉換器(3)的信號輸入端相連，A/D轉換器(3)的轉換信號輸出端與計算機(4)的信號輸入端相連，計算機(4)對數據進行採集；所述的高壓氣源(5)的出口與壓力開關(6)的入口連通，壓力開關(6)用於控制高壓氣源(5)的開啟與關閉，壓力開關(6)的出口與手動閥(7)的入口連通，手動閥(7)用於調節高壓氣源(5)的壓力，手動閥(7)的出口與減壓過濾器(8)的入口連通，減壓過濾器(8)用於高壓氣體的減壓與過濾，減壓過濾器(8)的出口與比例調節閥(9)的入口連通，比例調節閥(9)用於控制氣體的流量，比例調節閥(9)的出口與流量變送器(10)的入口連通，流量變送器(10)用於測量氣體的流量，流量變送器(10)的出口與洩壓電磁閥(11)的入口連通，洩壓電磁閥(11)用於空間充氣結構氣腔(19)內部壓力超過預定壓力時進行洩氣動作，洩壓電磁閥(11)的出口與安全閥(12)的入口連通，安全閥(12)是在空間充氣結構氣腔(19)內部壓力超過預定壓力時的洩氣元件，安全閥(12)的出口與空間充氣結構氣腔(19)的入口連通，空間充氣結構氣腔(19)的出口與多級過壓保護單元(17)的入口連通，多級過壓保護單元(17)的出口與低壓變送器(13)的入口連通，低壓變送器(13)用於測量空間充氣結構氣腔(19)的壓力；所述的觸控螢幕(15)的信號輸出/輸入端與PLC控制器(14)的信號輸入/輸出端相連， 觸控螢幕(15)用於對充氣控制模塊進行操作與參數設置，流量變送器(10)測量的流量信號輸出端與PLC控制器(14)的流量信號輸入端相連，低壓變送器(13)測量的氣體壓力信號輸出端和多級過壓保護單元(17)的多級壓力變送器測量的氣體壓力信號輸出端與PLC控制器(14)的多路壓力信號輸入端相連，PLC控制器(14)的比例調節控制信號輸出端與比例調節閥(9)的信號輸入端相連，通過比例調節閥(9)調節控制充氣流量，PLC控制器(14)的洩壓控制信號輸出端與洩壓電磁閥(11)的信號輸入端相連，PLC控制器(14)的多路控制信號輸出端與多級過壓保護單元(17)中的多個電磁閥的信號輸入端相連，電源(16)的電源輸出端與電荷放大器(2)、A/D轉換器(3)、計算機(4)、比例調節閥(9)、流量變送器(10)、洩壓電磁閥(11)、安全閥(12)、低壓變送器(13)、PLC控制器(14)、觸控螢幕(15)及多級過壓保護單元(17)中的多級壓力變送器和多個電磁閥的供電電源輸入端相連。
2.如權利要求1所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統，其特徵是所述的多級過壓保護單元(17)由多級壓力變送器和多個電磁閥組成，多級壓力變送器與多個電磁閥相間隔設置並依次串聯。
3.如權利要求2所述的空間充氣結構地面展開性能測試系統，其特徵是所述的多級壓力變送器的數量為兩個，分別是第一級壓力變送器(20)和第二級壓力變送器(21);電磁閥的數量為兩個，分別是第一電磁閥(22)和第二電磁閥(23)，第一級壓力變送器(20)與第一電磁閥(22)、第二級壓力變送器(21)及第二電磁閥(23)依次串聯。
全文摘要
空間充氣結構地面展開性能測試系統。它涉及一種充氣結構地面展開性能測試系統。解決現有空間充氣結構展開過程隨機性較大而不易試驗測試評價的問題。本發明的測試系統由衝擊力測試模塊和充氣控制模塊組成，其中衝擊力測試模塊包括三軸壓電型加速度傳感器、電荷放大器、A/D轉換器和計算機。所述的加速度傳感器安裝在充氣結構的固定支座上，在展開過程中充氣結構對固定支座的衝擊力由所述的加速度傳感器獲取，信號經電荷放大器放大，並由A/D轉換，利用計算機對數據進行採集；充氣控制模塊控制充氣過程的氣體壓力與流量。通過對不同充氣過程的加速度數據的頻譜分析，可評估展開過程平穩性和對衛星的影響。本發明在航天領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01M7/08GK102393288SQ20111036274
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者衛劍徵, 謝志民, 譚惠豐, 陳思馳 申請人:哈爾濱工業大學