专利名称：卫星地面微振动测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及振动测试领域，具体是一种通过高灵敏度加速度/位移传感器和高精度采集设备实现卫星地面微振动测试系统。
背景技术：
微振动，即微小量级的振动，一般为加速度，由于航天器在轨运行时处于失重状态，其自身及其有效载荷动作会引起微小振动，振动的来源主要包括推进器工作、活动部件工作等，其振动频率在O. 01 300Hz，振动幅度为10_5 10_2g量级。随着我国新一代高分辨率对地观测卫星技术不断发展，星上敏感载荷以及结构等分系统逐渐认识到微振动对敏感载荷的严重影响。 由于微振动信号产生的频率较低、幅值小，采用普通的测量仪器测试不能实现真实信号有效采集，致使真实信号混杂于噪声中，对进一步的数据处理和分析造成困难，甚至导致错误结论，利用传统的振动测试设备已不能满足微振动信号的采集。经过对现有技术的检索发现，国内目前还没有成熟有效的微振动测试系统，如文献《航天器微振动信号的地面测试方法》，航天器环境工程，2011年02月发表，此文献中提及微振动测试设备的一些信息，但是，其实现还是基于传统采集设备，当幅值更低的信号时，就无法实现微振动信号的采集。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种卫星地面微振动测试系统，该系统有效解决了微振动真实信号淹没于噪声中的弊端，对仿真卫星在轨状态的地面微振动测试与分析具有重大指导意义。本发明是通过以下技术方案实现的。一种卫星地面微振动测试系统，包括高灵敏传感器、抗混叠滤波器、高模数转换率采集器和高精度控制器，所述高灵敏传感器与抗混叠滤波器相连接，所述抗混叠滤波器与高模数转换率采集器相连接，所述高模数转换率采集器与高精度控制器相连接，其中-高灵敏传感器，用于提取扰动源/载荷附近的振动信号；-抗混叠滤波器，用于对高灵敏传感器提取的振动信号进行抗混叠滤波形成压电信号;-高模数转换率采集器，用于将压电信号生成数字信号；-高精度控制器，用于控制数字信号的显示、存储和分析。所述高灵敏传感器为角线加速度/位移传感器，采用高性能屏蔽电缆，以电压为幅值的时间序列，并转化为工程单位。所述高模数转换率采集器的幅值范围可自适应调节，包括传输线和数据采集卡，所述传输线用于实现信号的抗干扰屏蔽传输，所述数据采集卡用于对压电信号进行A/D转换。
所述高精度控制器的数据存储支持多种数据格式，所述数据格式为.xls、. mat、.txt、. dat ο所述高精度控制器包括采集分析软件，所述采集分析软件用于分析数字信号。所述卫星地面微振动测试系统的设计指标包括传感器指标和采集系统指标，其中所述传感器指标包括-线加速度传感器灵敏度彡1000mv/g；-线加速度传感器量程<O. 2g ;-线加速度传感器分辨率(l(T5g ；
-线加速度传感器频响范围0·I 500Hz ；-角加速度传感器量程土10rad/s2 ；-角加速度传感器分辨率彡O.001rad/s2 ；所述米集系统指标包括-系统噪声<3μν;-系统采样频率24Bit。本发明提供的卫星地面微振动测试系统与现有技术相比具有以下技术特点I、高灵敏度传感器的选取，能够实现微振动信号的准确感知，采用高性能屏蔽电缆提高信号的抗干扰能力和减少信号传输过程中的衰减；2、采集器设计为幅值范围可自适应调节，能够适应不同量级的星上干扰源试验验证时提高信号准确度；3、能够实现采集试验过程中对产生的微小角加速度信号(角位移)进行有效识别；4、微振动试验采集过程中，能够实现所有通道的同步采样，并可根据飞轮转速的变化实现等角度采样以及恒定转速下的等时间采样；5、采样过程中的数据实时显示与简易处理，包括频谱分析、功率谱分析、相关分析以及瀑布图分析等，数据存储支持支持数据的.xls、. mat、. txt、. dat等多种数据格式；6、为了适应后续升级，该微振动测试系统可支持硬件扩展和软件功能扩展。本发明提供的卫星地面微振动测试系统，从整个设计、装配和测试的过程来看，可以得出以下结论I、卫星微振动地面测试系统采集数据具有良好的可靠性，系统软硬件扩展性强；2、卫星微振动地面测试系统，线/角加速度传感器具有高灵敏度和分辨率能够实现微振动信号采集；3、卫星微振动地面测试系统具有高抗干扰能力，系统本身电噪声低；4、卫星微振动地面测试系统能够实现变频/定频模式下的信号采集工作，具备传统的信号分析方法。本发明提供的卫星地面微振动测试系统，该设计具体高精度和高抗干扰能力，并具较强的抗背景噪声能力，实现微振动信号提取工作。实际应用过程中，本发明可以根据被测信号的量级进行采集系统的参数设置，以便获得更加精确的振动数据。
图I为本发明系统示意图；图2为本发明系统流程图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本实施例包括高灵敏传感器、抗混叠滤波器、高模数转换率采集器和高精度控制器，所述高灵敏传感器与抗混叠滤波器相连接，所述抗混叠滤波器与高模数转换率采集器相连接，所述高模数转换率采集器与高精度控制器相连接，其中
-高灵敏传感器，用于提取扰动源/载荷附近的振动信号；-抗混叠滤波器，用于对高灵敏传感器提取的振动信号进行抗混叠滤波形成压电信号;-高模数转换率采集器，用于将压电信号生成数字信号；-高精度控制器，用于控制数字信号的显示、存储和分析。在本实施例中，高灵敏传感器为角线加速度/位移传感器，采用高性能屏蔽电缆，以电压为幅值的时间序列，并转化为工程单位；高模数转换率采集器的幅值范围可自适应调节，包括传输线和数据采集卡，传输线用于实现信号的抗干扰屏蔽传输，数据采集卡用于对压电信号进行A/D转换；高精度控制器的数据存储支持多种数据格式，例如.xls、.mat、. txt、. dat ;高精度控制器包括采集分析软件，用于分析数字信号；卫星地面微振动测试系统的设计指标包括传感器指标和米集系统指标，其中，传感器指标包括线加速度传感器灵敏度、线加速度传感器量程、线加速度传感器分辨率、线加速度传感器频响范围、角加速度传感器量程和角加速度传感器分辨率；采集系统指标包括系统噪声和系统采样频率，具体技术指标要求详见下表
序号^
线加速度传感器灵敏度^ 1000mv/g
2 线加速度传感器量程 S 0.2g
"I 线加速度传感器分辨率 S 10-5g
~ 线加速度传感器频响范围 O. ΓδΟΟΗζ ~角加速度传感器灵敏度^ 1000m V/rad/s2
6角加速度传感器量程+ 10rad/s2
~ 角加速度传感器分辨率 S O. 001rad/s权利要求
1.一种卫星地面微振动测试系统，其特征在于，包括高灵敏传感器、抗混叠滤波器、高模数转换率采集器和高精度控制器，所述高灵敏传感器与抗混叠滤波器相连接，所述抗混叠滤波器与高模数转换率采集器相连接，所述高模数转换率采集器与高精度控制器相连接，其中 -高灵敏传感器，用于提取扰动源/载荷附近的振动信号； -抗混叠滤波器，用于对高灵敏传感器提取的振动信号进行抗混叠滤波形成压电信号; -高模数转换率采集器，用于将压电信号生成数字信号； -高精度控制器，用于控制数字信号的显示、存储和分析。
2.根据权利要求I所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述高灵敏传感器为若干个角线加速度/位移传感器，采用高性能屏蔽电缆，以电压为幅值的时间序列，并转化为工程单位。
3.根据权利要求I所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述高模数转换率采集器的幅值范围可自适应调节，包括传输线和数据采集卡，所述传输线用于实现信号的抗干扰屏蔽传输，所述数据采集卡用于对压电信号进行A/D转换。
4.根据权利要求I所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述高精度控制器的数据存储支持多种数据格式。
5.根据权利要求4所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述数据格式为 xls、 mat、. txt、. dat0
6.根据权利要求4所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述高精度控制器包括采集分析软件，所述采集分析软件用于分析数字信号。
7.根据权利要求I所述的卫星地面微振动测试系统，其特征在于，所述卫星地面微振动测试系统的设计指标包括传感器指标和米集系统指标，其中 所述传感器指标包括 -线加速度传感器灵敏度1000mv/g ； -线加速度传感器量程0. 2g ; -线加速度传感器分辨率10_5g ； -线加速度传感器频响范围0. r500Hz ； -角加速度传感器量程土 lOrad/s2 ； -角加速度传感器分辨率0. 001rad/s2 ； 所述采集系统指标包括 -系统噪声V ; -系统采样频率24Bit。
全文摘要
本发明公开了一种卫星地面微振动测试系统，包括用于提取扰动源/载荷附近的振动信号的高灵敏传感器、用于对高灵敏传感器提取的振动信号进行抗混叠滤波形成压电信号的抗混叠滤波器、用于将压电信号生成数字信号的高模数转换率采集器和用于控制数字信号的显示、存储和分析的高精度控制器。本发明通过高灵敏传感器实现微小量级的振动信号采集，经过抗混叠滤波后，通过高精度数据采集卡生成数字信号，并进行后续处理，为后续卫星减振/隔振以及环境试验提供有效输入，还能够实现减振/隔振性能验证，以满足微振动信号采集分析的需求，对提高卫星平台的控制精度和稳定度具有重要意义。
文档编号G01H11/06GK102798459SQ20121028557
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者赵发刚, 周徐斌, 申军烽, 顾亦磊, 杜冬, 满孝颖 申请人:上海卫星工程研究所