一种用于星载波导天线的金属多余物检测方法及装置与流程

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种用于星载波导天线的金属多余物检测方法及装置。


背景技术：

2.随着星载天线的轻量化和集成化的要求提高，其内部的结构也变得复杂，天线生产制造包含诸多工艺环节，在研制过程中容易产生金属碎屑和橡胶微粒等多余物。多余物在天线内部的移动有较大的随机性，其中金属多余物对电器系统可能造成安全隐患，对星载电子系统的可靠性构成威胁。尽管面对多余物问题，已从其产生的源头(设计、生产、制造及调试等过程)采取了相关的措施，但始终无法完全避免多余物的产生，星载天线安装前通过检测多余物尤其是金属多余物对其进行筛选是十分必要的。
3.目前，国内外对多余物检测的研究对象主要为密封电子元器件，检测方法主要有目测法、晃动听声法、x光检测法、马特拉方法和微粒碰撞噪声检测法(pind)(见参考文献【1】～【4】)。
4.目测法对于肉眼无法观测到的天线子阵内部情况检测是无法做到的，采用内窥镜虽然能够观测到天线子阵的腔体内部，但是对于结够复杂且精密的天线腔体，存在多余物漏检的盲区；
5.晃动听声法对于重量较轻的、结构尺寸不大的的天线操作起来比较方便，检验人员可用手晃动天线子阵，对于重量大、尺寸大或集成规模大的天线操作不现实，但该方法可检验可移动且有限结构尺寸及重量的多余物，存在多余物漏检可能。
6.x光检测法通过观察x光照片以确定试件是否存在多余物。但该方法的检测精度受试件结构和多余物密度的影响，对于金属结构的波导天线内部的金属多余物检测，分辨率低并且成本较高；
7.微粒碰撞噪声检测法(pind)主要用于半导体、电子元器件内的微小颗粒的检测。且微粒碰撞噪声检测方法的缺点在于可信度不高。
8.马特拉方法在多余物碰撞关键部位时可有效检测多余物，但多余物微粒在被测试件内随机分布，测试时碰撞关键部位的概率极低，测试需反复、长时间进行，使得其效率低下，且长时间力学测试会对被测天线的寿命产生极大影响。
9.近来也有采用自动检测系统对航天电子设备多余物进行检测(见参考文献【5】～【8】)。但在多余物的检测整个过程中,机械装置要给负载提供的一定加速度,才能达到最优的效果,如果在加速度过低,就无法激活多余物进行检测，这对被测天线的寿命产生极大影响。
10.对星载单机的多余物检测研究刚刚起步，目前对于天线的多余物检查方法未见新的研究进展，基本仍采用传统的方法：目测法、晃动听声法、x光检测法等。并且以上方法，多余物进入天线内部后很难检验，尤其是进入天线内部的复杂结构腔体，为了降低天线多余物漏检的风险，杜绝天线阵面携带金属多余物交付的风险，有必要采取新的检测方案。
11.【1】邢通.星载单机多余物检测系统的研究[d]哈尔滨工业大学2013.
[0012]
【2】翟国富,邢通,刘贵栋,陈金豹,王国涛,戚乐,牛鹏飞,陈蕊,赵国强.星载电子设备多余物自动检测装置及检测方法，中国,cn201210281836.4[p].2012-08-09.
[0013]
【3】王淑娟，张辉，王世成.航天继电器检测技术探讨[j].低压电器，2004(1):6-9.
[0014]
【4】praine r r,zimmer w j.statistical modeling for particle impact noise detection testing[c].proceedings annual reliability and maintainability symposium,1991(8):536-540.
[0015]
【5】张坤,戚乐,陈金豹,et al.航天电子设备多余物自动检测系统的研制[j].电子测量技术,2012,35(3):82-86.
[0016]
【6】徐冰,王世成,翟国富.航天电子装置多余物自动检测系统的研究.机电元件,2008,28(2):6-11.
[0017]
【7】陈蕊.航天电子装置多余物检测与材质识别方法研究[d].哈尔滨工业大学,2014.
[0018]
【8】陈可.航天电子设备多余物自动检测系统的研制[j].数字技术与应用vol.37no.1.january 2019。


技术实现要素：

[0019]
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种用于星载波导天线的金属多余物检测方法及装置。
[0020]
本发明的具体内容如下：一种用于星载波导天线的金属多余物检测方法，包括如下步骤：
[0021]
步骤一，搭建天线驻波测试及振动系统；
[0022]
步骤二，安装被测天线或天线阵组合，校准测试系统后，在静止的状态对天线进行第一次驻波电测，并采集对应的频带内的驻波数据及曲线data1；
[0023]
步骤三，设置三维振动台的振动条件参数，启动振动台进行天线的振动；
[0024]
步骤四，在振动停止后的静止的状态对被测天线进行第二次驻波电测，并采集对应的频带内的驻波数据及曲线data2；
[0025]
步骤五，通过两次测试曲线的对比对天线驻波数据分析和判读，判断天线中的金属多余物情况。
[0026]
进一步的，在对天线完成电测的同一系统中，可根据产品需要设置振动台的参数同步完成天线的三维振动。
[0027]
进一步的，步骤五中结合理论仿真数据data0、实测数据data1、data2对天线驻波数据分析和判读，包括：
[0028]
首先对比振动前后的两次实测驻波数据及曲线形状，如果两次实测驻波曲线与理论仿真曲线带内形状基本一致，且两次实测的驻波最大差异不大于0.2，视为该天线内部无活动的金属多余物；
[0029]
再把振动前后的两次实测驻波数据及曲线形状与被测天线的理论仿真带内驻波曲线及数据data0进行比对；如果两次测试驻波的曲线形状一致且与仿真曲线一致，可以判定该天线内部无影响电性能的固定金属多余物；
[0030]
如果振动前后两次测试驻波的曲线形状不一致或者且两次实测的驻波最大差异大于0.2，且与被测天线的驻波仿真曲线不一致，或者两次驻波最大值有明显的变化，即大于0.2时，天线内部可能有异常；
[0031]
对于存在可疑的天线，进一步对比实测天线带内驻波的幅度和相位如个别频点的幅度在0.3db左右、相位有不低于6.5
°
，则该天线可能有异常，需要初步剔出合格品范围，复测并进一步排查。
[0032]
本发明还公开了一种用于星载波导天线的金属多余物检测装置，包括振动平台控制及测试数据采集记录系统、矢量网络测试仪、被测天线固定装置及被测天线、三维振动试验台、波导天线测试时的吸波设备；
[0033]
被测天线固定装置及被测天线设置在三维振动试验台上，天线的辐射端面对应波导天线测试时的吸波设备，矢量网络测试仪连接被测天线固定装置及被测天线，振动平台控制及测试数据采集记录系统分别与矢量网络测试仪、三维振动试验台相连接。
[0034]
进一步的，被测天线固定装置包括底板、活动板、底板滑块螺母和活动板滑块螺母，
[0035]
底板固定在振动台上，底板上设有底板t型槽，底板t型槽开口朝向底板的上表面，底板滑块螺母设置在底板t型槽内，活动板通过活动板固定螺钉连接在底板滑块螺母上；
[0036]
活动板上设有活动板t型槽，活动板t型槽开口朝向活动板的上表面，活动板滑块螺母设置在活动板t型槽内，测试件通过测试件固定螺钉连接在活动板上。
[0037]
进一步的，底板滑块螺母和活动板滑块螺母分别与底板t型槽、活动板t型槽的形状相适应，底板滑块螺母和活动板滑块螺母的横截面整体呈t形，t形的顶部和侧边设有斜线过渡。
[0038]
进一步的，底板上设有安装孔，安装孔为沉头通孔，底板通过螺钉固定于振动台上，且螺钉头部不突出底板的上表面。
[0039]
进一步的，底板t型槽和活动板t型槽的方向互相垂直。
[0040]
进一步的，包括两块活动板，分别平行设置在底板上，活动板t型槽的两侧设置活动板安装孔，底板滑块螺母上相应位置分别设置螺孔，螺孔与活动板固定螺钉规格相对应。
[0041]
本发明针对波导天线可能漏检或天线不可检盲区存在金属多余物的风险，提出一种用于检测波导天线腔体内的金属多余物的检测方案，可以检测天线内部、在常规镜检无法检测的盲区存在的金属多余物，筛选出漏检的含金属多余物的天线，对于确保卫星可靠在轨、提高卫星运行寿命和性能具有重要的理论意义和实用价值。
附图说明
[0042]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
[0043]
图1为本发明基于三维振动的天线多余物检测方法的流程图；
[0044]
图2为本发明用于天线的基于三维振动及天线驻波实测判读的多余物检测装置示意图；
[0045]
图3为本发明采用的被测天线子阵安装于振动台上的结构装置示意图；
[0046]
图4为本发明采用的被测天线子阵安装于振动台上的结构装置正视图；
[0047]
图5为本发明采用的被测天线子阵安装于振动台上的结构装置侧视图；
[0048]
图6为本发明采用的基于三维振动的天线多余物检测连接关系示意图；
[0049]
图7为本发明基于三维振动的天线多余物检测的驻波数据判读方法；
[0050]
图8为某星载天线子阵结构外形示例及常规内窥镜检测途径的示意图；
[0051]
图9为某采用内窥镜检测时某星载天线子阵内部不可检测结构示意图；
[0052]
图10为示例的某星载天线子阵无多余物时振动前后的驻波实测的对比示例图；
[0053]
图11为示例的某星载天线子阵有多余物和无多余物情况下，振动前后及仿真的天线驻波数据对比示例图；
[0054]
图12为示例的某星载天线子阵拆掉馈电端口发现的多余物示例图。
具体实施方式
[0055]
结合图1-图12，本发明具体实施过程如下：采用某波导天线，经过零部件、整件的生产加工、清洁、多余物检验(目测和放大镜检验)验收后，进行电连接器的装配、常规多余物镜检后，在天线表面处理前，进行无源驻波电测，每个天线均进行两次测试，两次测试中间进行手动摇晃，分别记录两次的带内实测曲线；天线表面处理后(如喷漆或电镀等)，进行多余物预防控制及常规检验合格后，再进行上述的两次无源驻波电测及记录；
[0056]
步骤一，搭建天线驻波测试及振动系统，天线辐射端面对应吸波墙，见图2；
[0057]
天线驻波测试及振动系统包括振动平台控制及测试数据采集记录系统、矢量网络测试仪、被测天线固定装置及被测天线、三维振动试验台、波导天线测试时的吸波设备；
[0058]
被测天线固定装置及被测天线设置在三维振动试验台上，天线的辐射端面对应波导天线测试时的吸波设备，矢量网络测试仪连接被测天线固定装置及被测天线，振动平台控制及测试数据采集记录系统分别与矢量网络测试仪、三维振动试验台(振动台)相连接。
[0059]
步骤二，安装被测天线或天线阵组合于振动台的结构工装上(见图3-图5)，
[0060]
该结构工装为被测天线固定装置，包括底板11、活动板22、底板滑块螺母4和活动板滑块螺母5，
[0061]
底板1固定在振动台上，底板1上设有底板t型槽12，底板t型槽12开口朝向底板1的上表面，底板滑块螺母4设置在底板t型槽12内，活动板2通过活动板固定螺钉6连接在底板滑块螺母4上；
[0062]
活动板2上设有活动板t型槽21，活动板t型槽21开口朝向活动板2的上表面，活动板滑块螺母5设置在活动板t型槽21内，测试件3通过测试件固定螺钉7连接在活动板2上。
[0063]
底板1上设有安装孔11，底板1为方形板，各安装孔11呈矩阵排列，安装孔11为沉头通孔，底板1通过螺钉固定于振动台上，且螺钉头部不突出底板1的上表面。本实施例中，安装孔11为8x8排列。这样设计在保证底板1与振动台连接稳定的前提下方便活动板2的活动。
[0064]
底板t型槽12和活动板t型槽21的方向互相垂直。相应的，底板滑块螺母4和活动板滑块螺母5的方向也互相垂直，方便活动板2和测试件3的位置调整。底板滑块螺母4和活动板滑块螺母5分别与底板t型槽12、活动板t型槽21的形状相适应，底板滑块螺母4和活动板滑块螺母5的横截面整体呈t形，t形的顶部和侧边设有斜线过渡，方便滑块螺母在槽中运动。
[0065]
包括两块活动板2，分别平行设置在底板1上，活动板t型槽21的两侧设置活动板安装孔22，底板滑块螺母4上相应位置分别设置螺孔，螺孔与活动板固定螺钉6规格相对应。
[0066]
测试件3固定在活动板2上，根据测试件3的长度大小，两个活动板2之间的距离可进行相应的调整；根据测试件3的宽度大小和个数等，测试件3时间的距离也可进行相应的调整。活动板2可沿着底板1上的底板t型槽12的方向在底板1上移动，活动板固定螺钉6不超过活动板2的上表面，方便测试件3在活动板2上表面的移动。本实施例中，包括4道底板t型槽12、2块活动板2、每块活动板2上设置8个活动板安装孔22，3只天线，每只天线对应4个活动板滑块螺母5、4个测试件安装孔32和4个测试件固定螺钉7。
[0067]
在天线的两侧面设有测试件测试口31，在测试时，计算机通过开关矩阵连接到天线或天线阵面的测试件测试口31，开关矩阵再通过矢网连接到计算机，得到测试件3的测试数据。
[0068]
步骤三，校准驻波测试系统，在静止的状态对天线进行第一次驻波电测，并采集对应的频带内的驻波数据及曲线data1；
[0069]
步骤四，通过控制电脑，设置三维振动台的振动条件参数，使之满足天线振动试验要求，检查并确认被测天线的安装可靠性和安全性，确保测试电缆与天线接头的结构连接安全性，启动振动台进行天线的振动；
[0070]
步骤五，在振动停止后的静止的状态对被测天线进行第二次驻波电测，并采集对应的频带内的驻波数据及曲线data2；
[0071]
步骤六，对天线驻波数据分析和判读：
[0072]
首先对比振动前后的两次实测驻波数据及曲线形状(data1-data2)，如果两次实测驻波曲线与理论仿真曲线带内形状基本一致，且两次实测的驻波最大差异不大于0.2(vswr)，视为该天线内部无活动的金属多余物；
[0073]
再把振动前后的两次实测驻波数据及曲线形状与被测天线的理论仿真带内驻波曲线及数据data0进行比对；如果两次测试驻波的曲线形状一致且与仿真曲线一致，可以判定该天线内部无影响电性能的固定金属多余物。
[0074]
如果振动前后两次测试驻波的曲线形状不一致或者且两次实测的驻波最大差异大于0.2(vswr)，且与被测天线的驻波仿真曲线不一致，或者两次驻波最大值有明显的变化(大于0.2)，天线内部可能有异常。
[0075]
对于存在可疑的某天线，进一步对比实测天线带内驻波的幅度和相位如个别频点的幅度在0.3db左右、相位有不低于6.5
°
，则该天线可能有异常，需要初步剔出合格品范围，复测并进一步排查。
[0076]
某星载天线子阵有多余物和无多余物(见图10)情况下，振动前后及仿真的天线驻波数据对比示例图，见图11；对振动前后驻波数据异常的天线子阵拆掉馈电端口，发现存在敏感部位的金属多余物，见图12。
[0077]
本发明针对波导天线可能漏检或天线不可检盲区存在金属多余物的风险，提出一种用于检测波导天线腔体内的金属多余物的检测方案。能够筛选出含有影响电性能的金属多余物的天线，降低天线多余物管控风险，达到保障星载电子设备可靠性的目的。该方法可以同步完成天线的振动试验。通过本技术的多余物检测方法，可以区分天线腔体内部是否存在金属多余物，可以识别多余物是固定或者活动的。在天线生产和常规检验环节，多余物以设计、生产加工阶段的预防和控制为主，本发明使用的电性能测试方法为天线整件多余物检验的有益补充。
[0078]
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。