一种航天器起飞触点信号采集系统的制作方法

1.本实用新型涉及航天应用技术领域，更具体地，涉及一种航天器起飞触点信号采集系统。


背景技术：

2.航天器起飞触点信号是指在航天发射任务中，火箭点火起飞时产生的时刻信号，又称为t0信号。正确的t0信号作为后续火箭飞行状态监测、飞行位置跟踪、遥控指令发送等多项关键动作的时间基点，火箭起飞后的各系统都以次时刻为相对时间基准开展工作。因而，t0信号的正确产生及发送对航天发射任务而言至关重要，是影响航天任务成败的重要因素。
3.当前多数航天器发射场都采用机械压力臂结合电探针形成回路的方法采集起飞信号，航天器点火起飞，机械压杆弹起，信号采集电路导通，时间信号产生设备以接收到电信号的时刻为基准产生时刻信号。由于机械臂及机械套筒易发生锈蚀变形，该系统曾多次发生t0信号异常触发和未按要求触发的故障，一定程度上影响了航天任务的进程。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决现有技术的局限性，提供了一种航天器起飞触点信号采集系统。
5.为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：
6.一种航天器起飞触点信号采集系统，包括光信号采集模块、光电探测模块、信号放大模块、模数转换模块以及t0信号控制台；其中：
7.所述光信号采集模块的输入端用于接入航天器起飞平台获得起飞光信号，输出端连接所述光电探测模块的输入端；所述光电探测模块的输出端连接所述信号放大模块的输入端；所述信号放大模块的输出端连接所述模数转换模块的输入端；所述模数转换模块的输出端连接所述t0信号控制台的输入端。
8.相较于现有技术，本实用新型提供的航天器起飞触点信号采集系统以光信号采集的方式替代传统的机械压杆式，避免了因机械臂及机械套筒易发生锈蚀变形导致信号采集失败的老问题；系统反应速度快，精度高，所产生t0信号精度在毫秒级以上，满足航天发射任务要求；另外，系统中各组件售价较低，便于采购，降低了使用维护成本。
9.作为一种优选方案，所述光信号采集模块采用pof光纤作为信号探针。
10.作为一种优选方案，所述光电探测模块包括光电转换电路以及电压跟随电路；所述光电转换电路的输入端连接所述光信号采集模块的输出端，所述光电转换电路的输出端连接所述电压跟随电路的输入端；所述电压跟随电路的输出端连接所述信号放大模块的输入端。
11.进一步的，所述光电转换电路中设有光电探测器。
12.更进一步的，所述光电探测器为pin光电二极管；所述光电转换电路为所述 pin光
电二极管提供12v的反向电压，以所述pin光电二极管结合一个偏置电阻来实现电流电压的转换。
13.进一步的，所述电压跟随电路中设有电压跟随器，所述电压跟随器由隔直电容与集成运算放大器构成。
14.进一步的，所述信号放大模块依序由一级放大电路以及二级放大电路构成。
15.更进一步的，所述一级放大电路中设有用于使每次无输入信号时的输出信号位于零点的调零电路。
16.更进一步的，所述模数转换模块为整形比较电路。
17.作为一种优选方案，所述光信号采集模块为设有冗余备份。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例提供的航天器起飞触点信号采集系统的示意图；
19.图2为本实用新型实施例光电探测模块的电路原理图；
20.图3为本实用新型实施例一级放大电路的电路原理图；
21.图4为本实用新型实施例二级放大电路的电路原理图；
22.图5为本实用新型实施例整形比较电路的原理图；
23.图6为本实用新型实施例航天器起飞触点信号采集系统的整体流程原理图。
具体实施方式
24.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
25.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
26.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
27.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和 /或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
29.以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
30.请参阅图1，一种航天器起飞触点信号采集系统，包括光信号采集模块1、光电探测
模块2、信号放大模块3、模数转换模块4以及t0信号控制台5；其中：
31.所述光信号采集模块1的输入端用于接入航天器起飞平台获得起飞光信号，输出端连接所述光电探测模块2的输入端；所述光电探测模块2的输出端连接所述信号放大模块3的输入端；所述信号放大模块3的输出端连接所述模数转换模块4的输入端；所述模数转换模块4的输出端连接所述t0信号控制台5的输入端。
32.相较于现有技术，本实用新型提供的航天器起飞触点信号采集系统以光信号采集的方式替代传统的机械压杆式，避免了因机械臂及机械套筒易发生锈蚀变形导致信号采集失败的老问题；系统反应速度快，精度高，所产生t0信号精度在毫秒级以上，满足航天发射任务要求；另外，系统中各组件售价较低，便于采购，降低了使用维护成本。
33.具体的，本实施例提供的航天器起飞触点信号采集系统的整体工作流程大致如下：当火箭点火后，所述光信号采集模块1会检测得到尾焰初次经过所述光信号采集模块1产生的波震面光信号，此光信号即为系统的输入信号。所述光信号到达光电探测模块2，实现从光信号到电流信号再到电压信号的转换。经过上述处理，得到的电压信号较弱，故下接一个信号放大模块3可将该电压信号放大 500倍左右。前述信号皆为模拟信号，模拟信号不便于t0信号控制台处理，故下接模数转换模块4。燃料化学反应信号的电压信号上升沿和下降沿均比较陡峭，上升或下降时间均在300纳秒左右，因此，作为一种优选实施例，可以在模数转换模块4中以此为触发阈值，可以获得较好的转换效果。t0信号控制台接受到该数字信号后，通过自身时码板信息，生成ac/dc两种时刻信号，而后通过光传输设备，分发给各受时终端和系统。
34.作为一种优选实施例，所述光信号采集模块1采用pof光纤作为信号探针。
35.具体的，经研究比较发现，相对电探针而言，光纤探针能抵抗电磁干扰，环境适应性更强。相对于常见的石英光纤，pof光纤(plastic optical fiber)即塑料光纤，纤芯直径较粗、光耦合性能好、不易折损、复杂环境中的抗干扰能力强，并且在作用发挥上具有“一次性”，便于排除杂质光的干扰。所以，结合t0信号控制台输入信号要求，所述光信号采集模块1采用pof光纤探针作为信号探针。火箭发动机开始工作时，其内部的装药产生激烈的化学反应，会伴随着产生很高强度的光效应，这也为上述探针的工作提供了必要条件。点火后尾焰初次经过光纤探针的端面时，探针会检测得到波震面光信号，此光信号即为系统的输入信号。
36.目前光信号不易根据目的直接处理，故信号将传输至与探针直接相连的光电探测模块。因此，作为一种优选实施例，所述光电探测模块2包括光电转换电路 21以及电压跟随电路22；所述光电转换电路21的输入端连接所述光信号采集模块1的输出端，所述光电转换电路21的输出端连接所述电压跟随电路22的输入端；所述电压跟随电路22的输出端连接所述信号放大模块3的输入端。
37.进一步的，所述光电转换电路21中设有光电探测器。光电探测器为所述光电转换电路21的核心部件。光电探测器主要在反向电压下工作，没有光照时，光电探测器几乎不产生电流；通有光照后，产生的电流增大，即光电探测器产生电流随探测器上照射光强变化会而变化，实现光转电功能。
38.更进一步的，所述光电探测器为pin光电二极管；所述光电转换电路21为所述pin光电二极管提供12v的反向电压，以所述pin光电二极管结合一个偏置电阻来实现电流电压
的转换。
39.具体的，pin光电二极管对微弱信号检测能力更强、响应时间较短，具体选型为bpw34fas型光电探测器。pin光电二极管在反向偏置电压下工作，在本电路中，为pin光电二极管提供的是12v的反向电压，由于在受到光照时pin 光电二极管所产生的感应电流较微弱，所以通过增加一个偏置电阻来实现电流电压的转换，方便后续处理，使得测量相对容易。
40.进一步的，所述电压跟随电路22中设有电压跟随器，所述电压跟随器由隔直电容与集成运算放大器构成。
41.具体的，电压跟随器为所述电压跟随电路22的核心部件。电压跟随器的输入阻抗非常高，而几乎没有输出阻抗，相当于对前级电路是开路，输出电压又不受后级电路的影响，这样就将前后级电路隔离开，并且提高了带负载能力。电压跟随电路主要实现隔离干扰电流的作用。具体电路设计中的选型为opa227集成运算放大器。
42.更具体的，所述光电探测模块2的电路原理图可参阅图2，其中d1为pin 光电二极管，点火后尾焰沿竖直方向传播，路经光纤探针时，激发光信号，光能发生变化，光电二极管受激产生光电流。图2中的c7为隔直电容，与opa227 集成运算放大器一同构成电压跟随器，转换后的电压信号从其正输入端输入。
43.进一步的，所述信号放大模块3依序由一级放大电路以及二级放大电路构成。
44.具体的，为便于调节和提高系统的可靠性，本实施例采用一级放大电路的放大倍数较小、二级放大电路的放大倍数可调的设计思路。
45.更进一步的，所述一级放大电路中设有用于使每次无输入信号时的输出信号位于零点的调零电路。
46.具体的，所述一级放大电路的电路原理图请参阅图3，图3中u3所组成的电路为调零电路，对无输入信号情况，通过调节电位器r33使一级放大单元输出端为0。根据运算放大器的虚短和虚断原理有：定义2端口电压为vin-，电流为iin-，3端口电压为vin+，电流为iin+，7端口为输出电压vout。则有：
[0047]vin
＝v
in+
＝v
in-ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0048]iin+
＝i
in-＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0049]
则第一级放大的放大倍数如式3所示：
[0050]auf
＝-(r
34
+r
15
)/r5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0051]
即一级放大电路的倍数通过r34调节，通常一级放大倍数较小，本系统将一级放大电路设定为10倍。
[0052]
所述二级放大电路的电路原理图请参阅图4，同理可得二级放大电路将一级放大的输出信号接入二级放大电路输入端，通过调节r35设定其放大倍数。
[0053]
更进一步的，所述模数转换模块4为整形比较电路。
[0054]
经过pin光电二极管输出的信号经放大电路放大输出依旧是模拟信号，无法在t0信号控制台直接进行处理，故基于整形比较电路思想，设计所述模数转换模块4，将信号数字化。整形比较电路中选用的整形芯片是tlc374芯片，采用单电源5v供电，放大电路输出引脚接到的tlc374的5引脚。tlc374的输出引脚2连接一个上拉电阻，使输出脉冲信号幅值为5v。整形比较电路的原理图如图5所示。
[0055]
经整形比较电路得到较为理想的数字电压信号，t0信号控制台接受到该数字信号后，通过自身时码板信息，生成ac/dc两种时刻信号，而后通过光传输设备，分发给各受时终端和系统。至此，本系统功能实现，流程结束。
[0056]
进一步的，所述光信号采集模块1为设有冗余备份。
[0057]
本实施例所提供的航天器起飞触点信号采集系统的整体流程原理图可参阅图6。整体上，系统采用光纤探针采集方式替代传统的机械压杆式，避免了因机械臂及机械套筒易发生锈蚀变形导致信号采集失败的老问题；系统反应速度快，精度高，所产生t0信号精度在毫秒级以上，满足航天发射任务要求；pof光纤探针售价较低，便于采购，降低了使用维护成本；按照冗余备份的思想，部署两个相同型号的pof光纤探针，确保信号的有效采集。此系统可与现有系统结合使用，不存在干涉干扰，更好的提升系统的稳定性和可靠性。
[0058]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。