专利名称：空间充气结构地面展开性能测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种充气结构地面展开性能测试系统，属于航天结构地面实验技术领域。
背景技术：
空间充气展开结构是一种轻质航天结构，充气展开过程随机性较大，结构中各点位移、速度、加速度等物理量不易测量，展开过程稳定性不易评价。目前，对充气结构的展开特性缺乏有效评价的试验系统。通过测量充气结构展开过程对固定支座的加速度，并对加速度数据分析可实现对充气展开过程的评价。大型充气展开结构往往气腔内部压力很低，因此测量气腔压力的传感器一般采用低压传感器，而在充气展开过程中，充气压力相对很高，导致低压传感器很容易损坏，因此，低压测量是充气结构地面展开试验需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有空间充气结构展开过程随机性较大而不易试验测试评价的问题，进而提供一种空间充气结构地面展开性能测试系统。本发明的技术方案是
本发明的空间充气结构地面展开性能测试系统，所述的空间充气结构地面展开性能测试系统由冲击力测试模块和充气控制模块组成，所述的冲击力测试模块由三轴压电型加速度传感器、电荷放大器、A/D转换器和计算机组成，所述的充气控制模块由高压气源、压力开关、手动阀、减压过滤器、比例调节阀、流量变送器、泄压电磁阀、安全阀、低压变送器、PLC控制器、触摸屏、电源和多级过压保护单元组成；
所述的三轴压电型加速度传感器安装在空间充气结构的固定支座上，空间充气结构在展开过程中对固定支座的冲击力由三轴压电型加速度传感器获取，三轴压电型加速度传感器的信号输出端与电荷放大器的信号输入端相连，电荷放大器的放大信号输出端与A/D转换器的信号输入端相连，A/D转换器的转换信号输出端与计算机的信号输入端相连，计算机对数据进行采集；
所述的高压气源的出口与压力开关的入口连通，压力开关用于控制高压气源的开启与关闭，压力开关的出口与手动阀的入口连通，手动阀用于调节高压气源的压力，手动阀的出口与减压过滤器的入口连通，减压过滤器用于高压气体的减压与过滤，减压过滤器的出口与比例调节阀的入口连通，比例调节阀用于控制气体的流量，比例调节阀的出口与流量变送器的入口连通，流量变送器用于测量气体的流量，流量变送器的出口与泄压电磁阀的入口连通，泄压电磁阀用于空间充气结构气腔内部压力超过预定压力时进行泄气动作，泄压电磁阀的出口与安全阀的入口连通，安全阀是在空间充气结构气腔内部压力超过预定压力时的泄气元件，安全阀的出口与空间充气结构气腔的入口连通，空间充气结构气腔的出口与多级过压保护单元的入口连通，多级过压保护单元的出口与低压变送器的入口连通，低压变送器用于测量空间充气结构气腔的压力；
所述的触摸屏的信号输出/输入端与PLC控制器的信号输入/输出端相连，触摸屏用于对充气控制模块进行操作与参数设置，流量变送器测量的流量信号输出端与PLC控制器的流量信号输入端相连，低压变送器测量的气体压力信号输出端和多级过压保护单元的多级压力变送器测量的气体压力信号输出端与PLC控制器的多路压力信号输入端相连，PLC 控制器的比例调节控制信号输出端与比例调节阀的信号输入端相连，通过比例调节阀调节控制充气流量，PLC控制器的泄压控制信号输出端与泄压电磁阀的信号输入端相连，PLC控制器的多路控制信号输出端与多级过压保护单元中的多个电磁阀的信号输入端相连，电源的电源输出端与电荷放大器、A/D转换器、计算机、比例调节阀、流量变送器、泄压电磁阀、安全阀、低压变送器、PLC控制器、触摸屏及多级过压保护单元中的多级压力变送器和多个电磁阀的供电电源输入端相连。所述的多级过压保护单元由多级压力变送器和多个电磁阀组成，多级压力变送器与多个电磁阀相间隔设置并依次串联。所述的多级压力变送器的数量为两个，分别是第一级压力变送器和第二级压力变送器；电磁阀的数量为两个，分别是第一电磁阀和第二电磁阀，第一级压力变送器与第一电磁阀、第二级压力变送器及第二电磁阀依次串联。本发明与现有技术相比具有以下有益效果本发明实现了空间充气结构展开过程对卫星冲击影响的地面测试，而且具有低压测试功能，避免了空间充气展开过程中低压传感器的损坏。通过不同空间充气过程的加速度数据的频谱分析，可评估空间充气结构展开过程平稳性和对卫星的影响。本发明在航天领域具有广阔的应用前景。
图1是本发明的空间充气结构地面展开性能测试系统的结构示意图。图中，三轴压电型加速度传感器1、电荷放大器2、A/D转换器3、计算机4、高压气源5、压力开关6、手动阀7、减压过滤器8、比例调节阀9、流量变送器10、泄压电磁阀11、安全阀12、低压变送器13、PLC控制器14、触摸屏15、电源16、多级过压保护单元17、固定支座18、空间充气结构气腔19、20、第二级压力变送器21、第一电磁阀22和第二电磁阀23。
具体实施例方式具体实施方式
一参见图1，本实施方式的空间充气结构地面展开性能测试系统， 所述的空间充气结构地面展开性能测试系统由冲击力测试模块和充气控制模块组成，所述的冲击力测试模块由三轴压电型加速度传感器1、电荷放大器2、A/D转换器3和计算机4组成，所述的充气控制模块由高压气源5、压力开关6、手动阀7、减压过滤器8、比例调节阀9、 流量变送器10、泄压电磁阀11、安全阀12、低压变送器13、PLC控制器14、触摸屏15、电源 16和多级过压保护单元17组成；
所述的三轴压电型加速度传感器1安装在空间充气结构的固定支座18上，空间充气结构在展开过程中对固定支座18的冲击力由三轴压电型加速度传感器1获取，三轴压电型加速度传感器1的信号输出端与电荷放大器2的信号输入端相连，电荷放大器2的放大信号输出端与A/D转换器3的信号输入端相连，A/D转换器3的转换信号输出端与计算机4的信号输入端相连，计算机4对数据进行采集；
所述的高压气源5的出口与压力开关6的入口连通，压力开关6用于控制高压气源5 的开启与关闭，压力开关6的出口与手动阀7的入口连通，手动阀7用于调节高压气源5的压力，手动阀7的出口与减压过滤器8的入口连通，减压过滤器8用于高压气体的减压与过滤，减压过滤器8的出口与比例调节阀9的入口连通，比例调节阀9用于控制气体的流量， 比例调节阀9的出口与流量变送器10的入口连通，流量变送器10用于测量气体的流量，流量变送器10的出口与泄压电磁阀11的入口连通，泄压电磁阀11用于空间充气结构气腔19 内部压力超过预定压力时进行泄气动作，泄压电磁阀11的出口与安全阀12的入口连通，安全阀12是在空间充气结构气腔19内部压力超过预定压力时的泄气元件，用于安全保护，安全阀12的出口与空间充气结构气腔19的入口连通，空间充气结构气腔19的出口与多级过压保护单元17的入口连通，多级过压保护单元17的出口与低压变送器13的入口连通，低压变送器13用于测量空间充气结构气腔19的压力；
所述的触摸屏15的信号输出/输入端与PLC控制器14的信号输入/输出端相连，触摸屏15用于对充气控制模块进行操作与参数设置，流量变送器10测量的流量信号输出端与PLC控制器14的流量信号输入端相连，低压变送器13测量的气体压力信号输出端和多级过压保护单元17的多级压力变送器测量的气体压力信号输出端与PLC控制器14的多路压力信号输入端相连，PLC控制器14的比例调节控制信号输出端与比例调节阀9的信号输入端相连，通过比例调节阀9调节控制充气流量，PLC控制器14的泄压控制信号输出端与泄压电磁阀11的信号输入端相连，PLC控制器14的多路控制信号输出端与多级过压保护单元17中的多个电磁阀的信号输入端相连，电源16的电源输出端与电荷放大器2、A/D转换器3、计算机4、比例调节阀9、流量变送器10、泄压电磁阀11、安全阀12、低压变送器13、 PLC控制器14、触摸屏15及多级过压保护单元17中的多级压力变送器和多个电磁阀的供电电源输入端相连。本实施方式中，所述的多级过压保护单元17由多级压力变送器和多个电磁阀组成，多级压力变送器与多个电磁阀相间隔设置并依次串联。多级压力变送器的测压量程自高向低。本实施方式中，冲击力测试模块用于测试空间充气结构地面展开过程中的冲击力；充气控制模块用于控制空间充气结构展开过程中的气体压力与流量；电源16为电荷放大器2、A/D转换器3、计算机4、比例调节阀9、流量变送器10、泄压电磁阀11、安全阀12、低压变送器13、PLC控制器14、触摸屏15及多级过压保护单元17中的多级压力变送器和多个电磁阀提供工作电源。
具体实施方式
二 参见图1，如具体实施方式
一所述的空间充气结构地面展开性能测试系统，所述的多级压力变送器的数量为两个，分别是第一级压力变送器20和第二级压力变送器21 ；电磁阀的数量为两个，分别是第一电磁阀22和第二电磁阀23，第一级压力变送器20与第一电磁阀22、第二级压力变送器21及第二电磁阀23依次串联。第一级压力变送器20测压量程高于第二级压力变送器21的测压量程，如此设置便于保护低压变送器 13，实现空间充气结构气腔19低压的测量。
权利要求
1.空间充气结构地面展开性能测试系统，其特征是所述的空间充气结构地面展开性能测试系统由冲击力测试模块和充气控制模块组成，所述的冲击力测试模块由三轴压电型加速度传感器(1)、电荷放大器(2)、A/D转换器(3)和计算机(4)组成，所述的充气控制模块由高压气源(5)、压力开关(6)、手动阀(7)、减压过滤器(8)、比例调节阀(9)、流量变送器 (10)、泄压电磁阀(11)、安全阀(12)、低压变送器(13)、PLC控制器(14)、触摸屏(15)、电源 (16)和多级过压保护单元(17)组成；所述的三轴压电型加速度传感器(1)安装在空间充气结构的固定支座(18)上，空间充气结构在展开过程中对固定支座(18)的冲击力由三轴压电型加速度传感器(1)获取，三轴压电型加速度传感器(1)的信号输出端与电荷放大器(2)的信号输入端相连，电荷放大器 (2)的放大信号输出端与A/D转换器(3)的信号输入端相连，A/D转换器(3)的转换信号输出端与计算机(4)的信号输入端相连，计算机(4)对数据进行采集；所述的高压气源(5)的出口与压力开关(6)的入口连通，压力开关(6)用于控制高压气源(5)的开启与关闭，压力开关(6)的出口与手动阀(7)的入口连通，手动阀(7)用于调节高压气源(5)的压力，手动阀(7)的出口与减压过滤器(8)的入口连通，减压过滤器(8)用于高压气体的减压与过滤，减压过滤器(8)的出口与比例调节阀(9)的入口连通，比例调节阀(9)用于控制气体的流量，比例调节阀(9)的出口与流量变送器(10)的入口连通，流量变送器(10)用于测量气体的流量，流量变送器(10)的出口与泄压电磁阀(11)的入口连通，泄压电磁阀(11)用于空间充气结构气腔(19)内部压力超过预定压力时进行泄气动作，泄压电磁阀(11)的出口与安全阀(12)的入口连通，安全阀(12)是在空间充气结构气腔(19)内部压力超过预定压力时的泄气元件，安全阀(12)的出口与空间充气结构气腔(19)的入口连通，空间充气结构气腔(19)的出口与多级过压保护单元(17)的入口连通，多级过压保护单元(17)的出口与低压变送器(13)的入口连通，低压变送器(13)用于测量空间充气结构气腔(19)的压力；所述的触摸屏(15)的信号输出/输入端与PLC控制器(14)的信号输入/输出端相连， 触摸屏(15)用于对充气控制模块进行操作与参数设置，流量变送器(10)测量的流量信号输出端与PLC控制器(14)的流量信号输入端相连，低压变送器(13)测量的气体压力信号输出端和多级过压保护单元(17)的多级压力变送器测量的气体压力信号输出端与PLC控制器(14)的多路压力信号输入端相连，PLC控制器(14)的比例调节控制信号输出端与比例调节阀(9)的信号输入端相连，通过比例调节阀(9)调节控制充气流量，PLC控制器(14)的泄压控制信号输出端与泄压电磁阀(11)的信号输入端相连，PLC控制器(14)的多路控制信号输出端与多级过压保护单元(17)中的多个电磁阀的信号输入端相连，电源(16)的电源输出端与电荷放大器(2)、A/D转换器(3)、计算机(4)、比例调节阀(9)、流量变送器(10)、泄压电磁阀(11)、安全阀(12)、低压变送器(13)、PLC控制器(14)、触摸屏(15)及多级过压保护单元(17)中的多级压力变送器和多个电磁阀的供电电源输入端相连。
2.如权利要求1所述的空间充气结构地面展开性能测试系统，其特征是所述的多级过压保护单元(17)由多级压力变送器和多个电磁阀组成，多级压力变送器与多个电磁阀相间隔设置并依次串联。
3.如权利要求2所述的空间充气结构地面展开性能测试系统，其特征是所述的多级压力变送器的数量为两个，分别是第一级压力变送器(20)和第二级压力变送器(21);电磁阀的数量为两个，分别是第一电磁阀(22)和第二电磁阀(23)，第一级压力变送器(20)与第一电磁阀(22)、第二级压力变送器(21)及第二电磁阀(23)依次串联。
全文摘要
空间充气结构地面展开性能测试系统。它涉及一种充气结构地面展开性能测试系统。解决现有空间充气结构展开过程随机性较大而不易试验测试评价的问题。本发明的测试系统由冲击力测试模块和充气控制模块组成，其中冲击力测试模块包括三轴压电型加速度传感器、电荷放大器、A/D转换器和计算机。所述的加速度传感器安装在充气结构的固定支座上，在展开过程中充气结构对固定支座的冲击力由所述的加速度传感器获取，信号经电荷放大器放大，并由A/D转换，利用计算机对数据进行采集；充气控制模块控制充气过程的气体压力与流量。通过对不同充气过程的加速度数据的频谱分析，可评估展开过程平稳性和对卫星的影响。本发明在航天领域具有广阔的应用前景。
文档编号G01M7/08GK102393288SQ20111036274
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者卫剑征, 谢志民, 谭惠丰, 陈思驰 申请人:哈尔滨工业大学