专利名称：一种低冲击分离装置的分离参数测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种分离装置的分离参数测量装置及方法。
背景技术：
分离装置是一种联结、分离装置，广泛应用于导弹、卫星和火箭的级间分离、舱段分离、星箭分离、载荷释放等领域。它是飞行器的关键部件，在使用时主要完成两种截然不同的功能一、在飞行器飞行过程中，在承受一定的过载的情况下，将飞行器的两级连接成一体，分离器起联结作用；二、当收到分离指令后，它又必须确保飞行器的两级完全可靠的分离，分离器起分离作用。分离装置性能的好坏对于航天器能否正确完成任务有着至关重要的作用，所以，对于分离器的分离时间、分离冲量和预紧力等参数的测量具有十分重要的意义。
发明内容
本发明是为了实现分离装置在分离过程中的分离参数的测量，从而提供一种低冲击分离装置的分离参数测量装置及方法。 —种低冲击分离装置的分离参数测量装置，它包括低冲击分离装置和计算机，它还包括分离速度测试单元、压力传感器、气压传感器、传感器信号调理模块和信号处理模块；所述分离速度测试单元由发光模块和收光模块组成，所述发光模块光输出端与收光模块的光输入端相对设置；所述收光模块的信号输出端与信号处理模块的信号输入端连接，所述信号处理模块的信号输出端与计算机的一号信号输入端连接；压力传感器设置在低冲击分离装置上，气压传感器设置在低冲击分离装置的进气孔处；压力传感器的压力信号输出端与传感器信号调理模块的压力信号输入端连接；气压传感器的气压信号输出端与传感器信号调理模块的气压信号输入端连接；所述传感器信号调理模块的信号输出端与计算机的二号信号输入端连接，发光模块和收光模块设置在低冲击分离装置的抛射轨迹的两侧。
基于上述装置的低冲击分离装置的分离冲量测量方法，它由以下步骤完成
步骤一、向低冲击分离装置的进气口充入冷气，直至低冲击分离装置发生分离；气压传感器采集所述的低冲击分离装置发生分离时分离装置进气口处的气压，获得分离气压值；压力传感器采集所述的低冲击分离装置发生分离时分离装置的压力，获得预紧力值；
步骤二、分离速度测试单元测量步骤一所述的低冲击分离装置发生分离后分离器沿其抛射轨迹通过分离速度测试单元的时间，获得分离时间值t ;
步骤三、根据分离冲量计算公式 <formula>formula see original document page 4</formula>
获得分离冲量I; 式中m为低冲击分离装置中的分离器的质量；S为发光模块和收光模块之间的两个采集点的距离。
本发明的装置在使用时，通过安装在分离装置上的压力传感器测量预紧力值；通 过安装在分离装置的进气口处的气压传感器测量分离气压值；同时，根据对分离装置质量 的测算、分离距离的测算和分离时间的测算，获得分离冲量值；实现了分离装置在分离过程 中的预紧力、分离气压和分离冲量的测量。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明具体实施方式
二中发光模块和收光模 块的结构示意图；图3为具体实施方式
六中的压力传感器信号调理单元的电路连接示意 图；图4为具体实施方式
六中的气压传感器信号调理单元的电路连接示意图；图5为具体 实施方式九的电路连接示意图；图6是使用本发明的方法的测量低冲击分离装置的分离参 数测量结果示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一、结合图1说明本具体实施方式
，一种低冲击分离装置的分离参 数测量装置，它包括低冲击分离装置2和计算机7，它还包括分离速度测试单元1、压力传感 器3、气压传感器4、传感器信号调理模块5和信号处理模块6 ;所述分离速度测试单元1由 发光模块1-1和收光模块1-2组成，所述发光模块1-1光输出端与收光模块1-2的光输入 端相对设置；所述收光模块1-2的信号输出端与信号处理模块6的信号输入端连接，所述信 号处理模块6的信号输出端与计算机7的一号信号输入端连接；压力传感器3设置在低冲 击分离装置2上，气压传感器4设置在低冲击分离装置2的进气孔处；压力传感器3的压力 信号输出端与传感器信号调理模块5的压力信号输入端连接；气压传感器4的气压信号输 出端与传感器信号调理模块5的气压信号输入端连接；所述传感器信号调理模块5的信号 输出端与计算机7的二号信号输入端连接，发光模块1-1和收光模块1-2设置在低冲击分 离装置2的抛射轨迹的两侧。 本实施方式中，低冲击分离装置2上开有的气孔，用于向其内部充入冷气，致使低 冲击分离装置2发生分离。
具体实施方式
二、根据图2说明本具体实施方式
，本具体实施方式
与具体实施方 式一所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，发光模块1-1由n个发 光二极管组成，收光模块1-2由n个光敏三极管组成，所述n个发光二极管的光输出端与n 个光敏三极管光输入端一一对应；n为大于等于2的整数。 本实施方式中，发光模块和收光模块中的一对光电发射和检测器件组合构成光电 耙，光源采用光电检测中常用的红外发光二极管1-1-1和相匹配的光敏三极管l-l-2，避 免了普通光的干扰；发光二极管1-1-1发出的光线被光敏三极管1-1-2接收，发光二极管 1-1-1和光敏三极管1-1-2之间的光线叫做光电靶线。光电靶平行地安装在固定支架上构 成测量区，根据实际情况，本实施方式设置有4组光电靶，其中一组光电靶设置于靠近未分 离时分离器(螺栓)端部的位置，作为速度测量的起点位置，后3组模块由计算机控制选择 任意一组作为速度测量的终点位置；耙线距离为10mm、20mm和30mm三档可调，由计算机控 制选择其中一档进行测量。无遮挡物通过时，发光二极管1-1-1产生的光束投射到光敏三 极管1-1-2上，光敏三极管1-1-2输出恒定的高电平。当物体通过测量区时遮断光电靶，光敏三极管1-1-2接收到的光通量发生突变，输出一束脉冲信号；所述输出的信号经放大、整
形后进行数据采集。计算机7通过数据采集卡的计时通道可以测量出此脉冲信号的时间宽
度，精确标定光电靶之间的距离就可以计算出分离器(螺栓)的平均速度。 本实施方式中，为了充分利用光电流，在光敏三极管1-1-2的输出处加一级射极
跟随器，这样不但可以放大光电流，而且提高了输入电阻，降低输出阻抗，以使信号能传输
到距离较远的后续处理电路中。
具体实施方式
三、本具体实施方式
与具体实施方式
二所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，n = 2。
具体实施方式
四、本具体实施方式
与具体实施方式
一、二或三所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，压力传感器3的型号为1-KMR/200KN环形压力传感器。
具体实施方式
五、本具体实施方式
与具体实施方式
一、二或三所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，气压传感器4的型号为P3MB的压力变送器。
具体实施方式
六、结合图3和图4说明本具体实施方式
，本具体实施方式
与具体实施方式
一、二或三所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，传感器信号调理模块5由压力传感器信号调理单元和气压传感器信号调理单元组成；所述压力传感器信号调理单元包括型号为AD620的第一芯片、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、滑动变阻器RW1、第一电容Cl和第二电容C2 ;所述型号为AD620的第一芯片的1脚与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与滑动变阻器RW1的一端连接，滑动变阻器RW1的另一端和滑动端与型号为AD620的第一芯片的8脚连接；型号为AD620的第一芯片的2脚与第一电阻R1的一端连接，型号为AD620的第一芯片的3脚与第二电阻R2的一端连接；第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端作为压力传感器信号调理单元的两个输入端；型号为AD620的第一芯片的4脚同时与5V电源和第二电容C2的一端连接；第二电容C2的另一端接地；型号为AD620的第一芯片的5脚接地；型号为AD620的第一芯片的6脚作为压力传感器信号调理单元的输出端；型号为AD620的第一芯片的7脚同时与+5V电源和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地； 气压传感器信号调理单元包括型号为AD620的第二芯片、第九电阻R9、滑动变阻器RW4、第六电容C6和第七电容C7 ;所述型号为AD620的第二芯片的1脚与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与滑动变阻器RW4的一端连接，滑动变阻器RW4的另一端和滑动端与型号为AD620的第二芯片的8脚连接；型号为AD620的第二芯片的2脚和3脚作为气压传感器信号调理单元的两个输入端；型号为AD620的第二芯片的4脚同时与5V电源和第七电容C7的一端连接；第七电容C7的另一端接地；型号为AD620的第二芯片的5脚接地；型号为AD620的第二芯片的6脚作为气压传感器信号调理单元的输出端；型号为AD620的第二芯片的7脚同时与+5V电源和第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端接地。
具体实施方式
七、本具体实施方式
与具体实施方式
一、二或三所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，信号处理模块6包括3/8译码器10和逻辑非门20，所述3/8译码器10的A脚与+5V电源连接；3/8译码器10的Yl脚与逻辑非门20的1A脚连接；3/8译码器10的Y2脚与逻辑非门20的2A脚连接；3/8译码器10的Y3脚与逻辑非门20的3A脚连接；3/8译码器10的Y4脚与逻辑非门20的4A脚连接；3/8译码器10的Y5脚与逻辑非门20的5A脚连接。
具体实施方式
八、本体实施方式与具体实施方式
七所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，3/8译码器10的型号为74LS138。
具体实施方式
九、根据图5说明本具体实施方式
，本体实施方式与具体实施方式
八所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置的区别在于，逻辑非门20的型号为SN7046。
具体实施方式
十、基于具体实施方式
一所述的一种低冲击分离装置的分离冲量参数装置的低冲击分离装置的分离冲量测量方法，它由以下步骤完成 步骤一、向低冲击分离装置2的进气口充入冷气，直至低冲击分离装置2发生分离；气压传感器4采集所述的低冲击分离装置2发生分离时分离装置2进气口处的气压，获得分离气压值；压力传感器3采集所述的低冲击分离装置2发生分离时分离装置2的压力，获得预紧力值； 步骤二、分离速度测试单元1测量步骤一所述的低冲击分离装置2发生分离后分
离器沿其抛射轨迹通过分离速度测试单元1的时间，获得分离时间值t ; 步骤三、根据冲量的物理定义，作用在物体上的外力F(t)对时间的累积即为该物
体所受的冲量I，即
<formula>formula see original document page 7</formula>
式中t。为外力作用时间(s)，F(t)为作用在低冲击分离装置2上的外力。由动量定理可知，物体所受合外力的冲量等于其动量的变化量，即
<formula>formula see original document page 7</formula>式中v。为物体的初速度(m/s) ;v'为外力作用结束之后物体的速度(m/s)，M为物
体的质量。 考虑到分离器的冲量作用为瞬时作用力，且分离器(螺栓)的初速度为0，即初始动量为O，则分离冲量I就等于螺栓分离后的动量Mv'。本实施方式中v'为低冲击分离装置2发生分离后经过发光模块和收光模块之间时分离器的末速度；v为低冲击分离装置2发生分离后经过发光模块和收光模块之间时分离器的平均速度。 分离器(螺栓)的质量m可以用电子秤来测量，分离后螺栓的速度v'可以采用光
电法测量螺栓飞经光电耙的平均速度v来近似代替。 本实施方式中，分离冲量的测量原理可以由下列公式表示<formula>formula see original document page 7</formula> 根据分离冲量计算公式<formula>formula see original document page 7</formula> 获得分离冲量I ; 式中m为低冲击分离装置2中的分离器的质量；S为发光模块和收光模块之间的两个采集点的距离。 本实施方式将分离冲量的测量转化为质量、距离和时间的测量。测量结果如图6所示；同时，由于是用平均速度来代替分离之后螺栓的瞬时速度，所以，光电靶之间的距离不宜太长。螺栓飞经光电靶的时间很短，为保证测量的精度，计时电路的计时脉冲频率应为足够大。
权利要求
一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，它包括低冲击分离装置(2)和计算机(7)，其特征是它还包括分离速度测试单元(1)、压力传感器(3)、气压传感器(4)、传感器信号调理模块(5)和信号处理模块(6)；所述分离速度测试单元(1)由发光模块(1-1)和收光模块(1-2)组成，所述发光模块(1-1)光输出端与收光模块(1-2)的光输入端相对设置；所述收光模块(1-2)的信号输出端与信号处理模块(6)的信号输入端连接，所述信号处理模块(6)的信号输出端与计算机(7)的一号信号输入端连接；压力传感器(3)设置在低冲击分离装置(2)上，气压传感器(4)设置在低冲击分离装置(2)的进气孔处；压力传感器(3)的压力信号输出端与传感器信号调理模块(5)的压力信号输入端连接；气压传感器(4)的气压信号输出端与传感器信号调理模块(5)的气压信号输入端连接；所述传感器信号调理模块(5)的信号输出端与计算机(7)的二号信号输入端连接，发光模块(1-1)和收光模块(1-2)设置在低冲击分离装置(2)的抛射轨迹的两侧。
2. 根据权利要求1所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于发光模块(1-1)由n个发光二极管(1-1-1)组成，收光模块(1-2)由n个光敏三极管(1-1-2)组成，所述n个发光二极管(1-1-1)的光输出端与n个光敏三极管(1-1-2)光输入端一一对应；n为大于等于2的整数。
3. 根据权利要求2所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于n =2。
4. 根据权利要求1、2或3所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于压力传感器(3)是型号为l-KMR/200KN的环形压力传感器。
5. 根据权利要求1、2或3所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于气压传感器(4)是型号为P3MB的压力变送器。
6. 根据权利要求1、2或3所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于传感器信号调理模块(5)由压力传感器信号调理单元和气压传感器信号调理单元组成；所述压力传感器信号调理单元包括型号为AD620的第一芯片、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、滑动变阻器(RW1)、第一电容(Cl)和第二电容(C2);所述型号为AD620的第一芯片的1脚与第三电阻(R3)的一端连接，第三电阻(R3)的另一端与滑动变阻器(RW1)的一端连接，滑动变阻器(RW1)的另一端和滑动端与型号为AD620的第一芯片的8脚连接；型号为AD620的第一芯片的2脚与第一电阻(Rl)的一端连接，型号为AD620的第一芯片的3脚与第二电阻(R2)的一端连接；第一电阻(Rl)的另一端和第二电阻(R2)的另一端作为压力传感器信号调理单元的两个输入端；型号为AD620的第一芯片的4脚同时与5V电源和第二电容(C2)的一端连接；第二电容(C2)的另一端接地；型号为AD620的第一芯片的5脚接地；型号为AD620的第一芯片的6脚作为压力传感器信号调理单元的输出端；型号为AD620的第一芯片的7脚同时与+5V电源和第一电容(Cl)的一端连接，第一电容(Cl)的另一端接地；气压传感器信号调理单元包括型号为AD620的第二芯片、第九电阻(R9)、滑动变阻器(RW4)、第六电容(C6)和第七电容(C7);所述型号为AD620的第二芯片的1脚与第九电阻(R9)的一端连接，第九电阻(R9)的另一端与滑动变阻器(RW4)的一端连接，滑动变阻器(RW4)的另一端和滑动端与型号为AD620的第二芯片的8脚连接；型号为AD620的第二芯片的2脚和3脚作为气压传感器信号调理单元的两个输入端；型号为AD620的第二芯片的4脚同时与5V电源和第七电容(C7)的一端连接；第七电容(C7)的另一端接地；型号为AD620的第二芯片的5脚接地；型号为AD620的第二芯片的6脚作为气压传感器信号调理单元的输出端；型号为AD620的第二芯片的7脚同时与+5V电源和第六电容(C6)的一端连接，第六电容(C6)的另一端接地。
7. 根据权利要求1、2或3所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于信号处理模块(6)包括3/8译码器(10)和逻辑非门(20)，所述3/8译码器(10)的A脚与+5V电源连接；3/8译码器(10)的Y1脚与逻辑非门(20)的lA脚连接；3/8译码器(10)的Y2脚与逻辑非门(20)的2A脚连接；3/8译码器(10)的Y3脚与逻辑非门(20)的3A脚连接;3/8译码器(10)的Y4脚与逻辑非门(20)的4A脚连接;3/8译码器(10)的Y5脚与逻辑非门(20)的5A脚连接。
8. 根据权利要求7所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于3/8译码器(10)的型号为74LS138。
9. 根据权利要求7所述的一种低冲击分离装置的分离参数测量装置，其特征在于逻辑非门(20)的型号为S訓46。
10. 基于权利要求1所述的一种低冲击分离装置的分离冲量参数装置的低冲击分离装置的分离冲量测量方法，其特征是它由以下步骤完成步骤一、向低冲击分离装置(2)的进气口充入冷气，直至低冲击分离装置(2)发生分离；气压传感器(4)采集所述的低冲击分离装置(2)发生分离时分离装置(2)进气口处的气压，获得分离气压值；压力传感器(3)采集所述的低冲击分离装置(2)发生分离时分离装置(2)的压力，获得预紧力值；步骤二、分离速度测试单元(1)测量步骤一所述的低冲击分离装置(2)发生分离后分离器沿其抛射轨迹通过分离速度测试单元(1)的时间，获得分离时间值t;步骤三、根据分离冲量计算公式<formula>formula see original document page 3</formula>获得分离冲量I ;式中m为低冲击分离装置(2)中的分离器的质量；S为发光模块和收光模块之间的两个采集点的距离。
全文摘要
一种低冲击分离装置的分离参数测量装置及方法，它涉及一种分离装置的分离参数测量装置及方法。它解决了实现分离装置在分离过程中的分离参数的测量。其装置它的发光模块与收光模块相对设置；收光模块的信号输出端与信号处理模块的信号输入端连接，所述信号处理模块的信号输出端与计算机连接；压力传感器设置在低冲击分离装置上，气压传感器设置在低冲击分离装置的进气孔处。其方法气压传感器采集低冲击分离装置发生分离时分离装置进气口处的气压；压力传感器采集低冲击分离装置发生分离时的预紧力；根据分离器的质量、分离速度计算获得分离冲量。本发明适用于导弹、卫星和火箭的级间分离、舱段分离、星箭分离、载荷释放等领域。
文档编号G01M99/00GK101788407SQ20101030057
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者唐文彦, 张春富, 张晓琳, 王军 申请人:哈尔滨工业大学