CN101539483B - 电推进试验平台测量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电推进试验平台测量控制装置。包括稳压电源装置、测量控制台、电推进试验平台测量装置、电推进试验平台控制装置。稳压电源装置提供稳定的电源供应；测量控制台安装各种设备；电推进试验平台测量装置能够对试验数据同时进行双端8路的高速采集和单端32路的低速采集，并能进行试验数据的后处理；电推进试验平台控制装置能够控制输出不同的控制信号。电推进试验平台测量控制装置能够在真空条件下使用。
Description
技术领域
本发明属于电推进发动机试验领域，具体涉及一种电推进试验平台测量控制装置。
背景技术
电推进作为一种先进的微推力推进方式，将会在卫星或是飞船的姿态轨道控制、轨道转移以及星际航行中发挥越来越大的作用。电推进家族中的电弧加热发动机Arcjet、离子发动机、磁等离子推力器、胶质微推力器等等被广泛研究。
所用发动机的工程运用都离不开严密地面试验，进行地面试验就离不开测量控制装置。要评价一个发动机的实际性能，需要试验数据，需要测量控制装置能够提供可信的数据。同时发动机的推进剂供给，发动机的正常工作，都离不开测量控制装置的准确控制。电推进推力小、流量小、特殊电源等等特点注定了电推进试验平台测量控制装置具有其独特的特点，目前国内还没有专门为综合性电推进试验平台研制的测量控制装置。
发明内容
本发明的目的是为电推进试验平台设计提供一套满足电推进试验要求的测量控制装置。具体应满足电推进发动机工程样机的稳态、寿命等试验；具备信号调理与隔离放大功能，能对多路模拟量进行实时采集，采样速率要求高速采集每通道不低于50KSPS，低速采集每通道不低于0.5KSPS，模拟量包括主电路电压、电流、流量、推力、温度、压力等；I/O板的开关量输出不小于12路，实现电磁阀的电路驱动功能。
本发明的技术方案如下：本发明是适用于电推进试验平台的测量控制装置，包括稳压电源装置、测量控制台、电推进试验平台测量装置、电推进平台控制装置。电推进试验平台测量装置、电推进试验平台控制装置的主要部件安置于测量控制台上，稳压电源装置为测量控制台提供直流稳压电源和交流稳压电源。测量信号由采集信号线输送到测量控制台，测量控制台为电推进平台测量装置、电推进试验平台的部件提供电源和控制信号。
电推进试验平台测量装置的由带有数据采集软件的测量工控机、低速采集卡、高速采集卡、A/V转换和RC滤波电路、隔离模块、电连接器、采集信号线、变送器和传感器组组成。电推进试验平台测量装置能够完成数据的现场采集以及后处理。
电推进试验平台控制装置主要部件为可编程控制器(Programmable Logic Controller，简称为PLC)、带有PLC编程程序的工控机、固态继电器、光电隔离电路、控制信号线。电推进试验平台控制装置完成对电推进试验平台各部件稳定供电，对电推进试验平台输出控制信号。
本发明的优点在于：
(1)能同时进行双端8路的高速采集和单端32路的低速采集，满足不同要求；
(2)采集信号抗干扰能力强；
(3)能够对电推进试验平台进行多路稳定供电，可以输出交流也可以输出直流，可以输出不同幅值的电压，满足不同用电设备要求；
(4)通过控制面板，能够对电推进试验平台输出不同形式、不同时序、不同周期的控制信号；
(5)电推进试验多在真空下进行，电推进试验平台测量控制装置能够在真空条件进行控制测量。
附图说明
图1是本发明所述的电推进试验平台测量控制装置示意图；
图2是本发明所述的电推进试验平台测量装置示意图；
图3是本发明所述的电推进试验平台控制装置示意图。
图中：
1.电推进试验平台测量装置 101.测量工控机 102.高速采集卡
103.低速采集卡 104.A/V转换和RC滤波电路
105.采集信号线 106.隔离模块 107.电连接器 108.变送器
109.传感器组 110.温度传感器 111.位移传感器
112.霍尔电压传感器113.霍尔电流传感器
114.流量传感器 115.压力传感器 116.温度传感器 117.位移传感器
2.电推进试验平台控制装置 201.控制工控机 202.可编程控制器PLC
203.光电隔离电路 204.固态继电器 205.控制信号线 3.测量控制台
4.稳压电源装置 401.直流稳压电源 402.交流稳压电源
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是适用于电推进试验平台的测量控制装置，电推进试验平台测量控制装置是电推进试验平台的一个组成部分，如图1所示，该装置包括电推进试验平台测量装置1、电推进试验平台控制装置2、测量控制台3以及稳压电源装置4。
测量控制台3用于安装电推进试验平台测量装置1中的测量工控机101主机、高速采集卡102、低速采集卡103、A/V转换和RC滤波电路104以及电推进试验平台控制装置2中的控制工控机201、可编程控制器PLC202、光电隔离电路203、固态继电器204；电推进试验平台测量装置1中的隔离模块106、电连接器107、变送器108、传感器组109根据试验的现场要求，安装在方便参数测量的地方；电连接器107安装在真空舱过舱法兰上；电推进试验平台控制装置2输出的控制信号经由控制信号线205输出到气体推进剂供给装置管路中的电磁阀；稳压电源装置4供给测量控制台3稳定的交流电和直流电，并经由测量控制台3供给电推进试验平台的部件。
电推进试验平台测量装置1用来采集电推进发动机试验产生的数据。如图2所示，电推进试验平台测量装置1由测量工控机101、高速采集卡102、低速采集卡103、A/V转换和RC滤波电路104、采集信号线105、隔离模块106、电连接器107、变送器108和传感器组109组成。试验时，传感器组109选定的各种传感器的类型和型号根据试验具体要求确定。在电推进试验平台中，传感器组109包括温度传感器110、位移传感器111、霍尔电压传感器112、霍尔电流传感器113、流量传感器114和压力传感器115；再根据试验要求，选择与传感器组109中所用传感器相匹配的变送器108，把传感器组109采集的数据转换为电流信号或是电压信号；如果是从真空舱内采集的信号，称其为舱内信号，舱内信号要先通过电连接器107，再传入隔离模块106；如果是从真空舱外采集的信号，称其为舱外信号，舱外信号不用经过电连接器107，直接进入隔离模块106；隔离模块106后的信号直接由采集信号线105传递到A/V转换和RC滤波电路104；A/V转换和RC滤波电路104转化生成的电压信号如果频率小于1KSPS则进入低速采集卡103，如果大于或等于1KSPS则进入高速采集卡102，高速采集卡102和低速采集卡103将采集到的数据输入到测量工控机101，测量工控机101通过数据采集软件进行数据的采集监测，并把结果显示在显示器屏幕上；在试验结束后，测量工控机101通过数据采集软件对试验数据进行后处理。试验时，稳压电源装置4中的直流稳压电源401给变送器108和隔离模块106提供稳定的直流工作电压，稳压电源装置4中的交流稳压电源402给A/V转换和RC滤波电路104、高速采集卡102、低速采集卡103和测量工控机101提供稳定的交流工作电压。
测量工控机101是数据采集与处理的终端，安装有数据采集软件。该数据采集软件使用C语言编程，并使用VB语言编程界面。该数据采集软件使用方便、性能稳定、界面友好。该数据采集软件能够完成装置设置、通道标定、数据采集、数据处理等功能。
高速采集卡102用于数据的高速采集，通道数为双端8路，高速采集的采集速率为每通道50KSPS，能同时采集8个信号，这8个信号可以是电压型的，也可以是电流型的。
低速采集卡103用于数据的低速采集，通道数位单端32路，低速采集的采集速率为每通道1KSPS，能同时采集16个电压信号，16个电流信号。
A/V转换和RC滤波电路104属于非标产品，A/V转换可以现场调节，把变送器108的电流信号转换为电压信号。
采集信号线105用于传送变送器108输出信号，为减少干扰，采集信号线105选用有屏蔽层的电缆。
隔离模块106能够隔离电路上下游，抑制共模干扰。
电连接器107采用品质较高的航空插头，用来传递真空舱舱内的电信号。
变送器108将温度、压力、电流、电压和流量等物理量转化为计算机可以采集的电信号。
传感器组109包括温度传感器(110)、位移传感器(111)、霍尔电压传感器(112)、霍尔电流传感器(113)、流量传感器(114)和压力传感器(115)，用来采集试验关注的参数。
电推进试验平台控制装置2可以根据试验要求，输出不同的控制信号，并控制电源供给。电推进试验平台控制装置2可以用来控制电推进试验平台使用的各种电磁阀的工作状态以及用电设备的供电。如图3所示，电推进试验平台控制装置2由控制工控机201、可编程控制器PLC202、光电隔离电路203、固态继电器204和控制信号线205组成，其中控制工控机201对可编程控制器PLC202的程序控制方式进行编程确定；可编程控制器PLC202输出的控制信号经由光电隔离电路203，再由固态继电器204放大后，由控制信号线205输出试验所需的电推进试验平台控制信号；同时可编程控制器PLC202输出的控制信号作为电推进试验平台测量装置1采集测量数据所需的时钟信号，输入电推进试验平台测量装置1中的A/V转换和RC滤波电路104，作为数据处理的时间依据。
控制工控机201上安装有PLC的编程软件，可以对可编程控制器PLC202进行编程控制，作为可编程控制器PLC202的上位机使用。
可编程控制器PLC202实现试验过程的自动控制。
光电隔离电路203是非标产品，能够隔离下游电路对可编程控制器PLC202的影响。
固态继电器204的作用是把PLC的输出的较小控制信号转换为电推进试验平台使用的电磁阀所需的大电流。
控制信号线205传输控制信号，选用带屏蔽层的电缆。
测量控制台3属于非标设备，用于安装电推进试验平台测量装置1和电推进试验平台控制装置2的主要部件。
稳压电源装置4为电推进试验平台测量控制装置提供稳定无干扰的电源供应，包括交流稳压电源402和直流稳压电源401。交流稳压电源402为装置提供稳定的交流供电，避免市电波动造成的干扰；交流稳压电源402要求输出功率大于5kW。直流稳压电源401为变送器108和隔离模块106提供稳定的直流供电；直流稳压电源401要求能够输出0-30V的可调电压以及0～3A的可调电流。
Claims (8)
1.一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于，该装置包括电推进试验平台测量装置(1)、电推进试验平台控制装置(2)、测量控制台(3)以及稳压电源装置(4)，
电推进试验平台测量装置(1)由测量工控机(101)、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)、A/V转换和RC滤波电路(104)、采集信号线(105)、隔离模块(106)、电连接器(107)、变送器(108)和传感器组(109)组成；变送器(108)把传感器组(109)采集的数据转换为电流信号或电压信号；从真空舱内采集的信号，称其为舱内信号，舱内信号要先通过电连接器(107)，再传入隔离模块(106)；从真空舱外采集的信号，称其为舱外信号，舱外信号不用经过电连接器(107)，直接进入隔离模块(106)；隔离模块(106)后的信号直接由采集信号线(105)传递到A/V转换和RC滤波电路(104)；A/V转换和RC滤波电路(104)转化生成的电压信号；如果频率小于1KSPS则进入低速采集卡103，如果频率大于或等于1KSPS则进入高速采集卡(102)，高速采集卡(102)和低速采集卡(103)将采集到的数据输入到测量工控机(101)，测量工控机(101)通过数据采集软件进行数据的采集监测，并把结果显示在显示器屏幕上；在试验结束后，测量工控机(101)通过数据采集软件对试验数据进行后处理；
电推进试验平台控制装置(2)由控制工控机(201)、可编程控制器PLC(202)、光电隔离电路(203)、固态继电器(204)和控制信号线(205)组成，其中控制工控机(201)对可编程控制器PLC(202)的程序控制方式进行编程确定；可编程控制器PLC(202)输出的控制信号经由光电隔离电路(203)，再由固态继电器(204)放大后，由控制信号线(205)输出试验所需的电推进试验平台控制信号；同时可编程控制器PLC(202)输出的控制信号作为电推进试验平台测量装置(1)采集测量数据所需的时钟信号，输入电推进试验平台测量装置(1)中的A/V转换和RC滤波电路(104)，作为数据处理的时间依据；
测量控制台(3)上安装有电推进试验平台测量装置(1)中的测量工控机(101)主机、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)、A/V转换和RC滤波电路(104)以及电推进试验平台控制装置(2)中的控制工控机(201)、可编程控制器PLC(202)、光电隔离电路(203)和固态继电器(204)；电推进试验平台测量装置(1)中的隔离模块(106)、电连接器(107)、变送器(108)、传感器组(109)根据试验的现场要求，安装在方便参数测量的地方；电连接器(107)安装在真空舱过舱法兰上；电推进试验平台控制装置(2)输出的控制信号经由控制信号线输出到气体推进剂供给装置管路中的电磁阀；
试验时，稳压电源装置(4)中的直流稳压电源(401)给变送器(108)和隔离模块(106)提供稳定的直流工作电压，稳压电源装置(4)中的交流稳压电源(402)给A/V转换和RC滤波电路(104)、高速采集卡(102)、低速采集卡(103)和测量工控机(101)提供稳定的交流工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的传感器组(109)包括温度传感器(110)、位移传感器(111)、霍尔电压传感器(112)、霍尔电流传感器(113)、流量传感器(114)和压力传感器(115)。
3.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的高速采集卡(102)的通道数为双端8路，高速采集的采集速率为每通道50KSPS，同时采集8个信号。
4.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的低速采集卡(103)的通道数位单端32路，低速采集的采集速率为每通道1KSPS，同时采集16个电压信号，16个电流信号。
5.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的采集信号线(105)选用具有屏蔽层的电缆。
6.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的控制信号线(205)选用具有屏蔽层的电缆。
7.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的直流稳压电源(401)能够输出0-30V的可调电压以及0-3A的可调电流。
8.根据权利要求1所述的一种电推进试验平台测量控制装置，其特征在于：所述的交流稳压电源(402)的输出功率大于5kW。
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