CN104133151B - 一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，包括磁感应传感器、测试采集终端以及时序解析与自动判读模块，磁感应传感器从空间上获取电磁阀动作时产生的磁场，从而确定各电磁阀的动作时间，不用改变火箭任何状态即可在总检查测试过程中获取所有发动机电磁阀的动作时间，通过时序解析与自动判读实现发动机回路极性的自动测试与判读。本发明在总检查中实现发动机电磁阀回路极性自动测试，解决系统测试不覆盖问题；同时本发明基于电磁阀磁感应的非接触式测量方案，测试过程不对原系统状态造成任何影响；采用模块化和通用化的设计思路，通过在后端软件对各通道进行配置即可实现不同对象的测量，提高测试的灵活性和通用性。

Description

一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统

技术领域

本发明属于航天自动测试技术领域，具体地，涉及一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试技术。

背景技术

运载火箭是一个复杂的大系统工程，运载火箭各级发动机的启动和关机均有固定的控制时序，各级发动机中电磁阀动作的先后顺序和动作时间间隔也都有严格的要求，若电磁阀动作错误将导致灾难性的后果。而发动机电磁阀的供电控制一般由其它系统按照飞行时间要求进行控制，为了考核多个系统配合工作时的匹配性，需要在各系统都连接好后，在综合测试过程中验证发动机电磁阀大回路控制极性的正确性，即各系统对电磁阀的定义是否一致。

传统的回路极性测试方法是电磁阀供电控制系统具备每路电磁阀独立的加电测试功能，依次对每个电磁阀进行供电和断电测试，由测试确认人员通过手摸或用干簧管在相应的电磁阀上确认电磁阀是否动作。由于新型号火箭发动机中的电磁阀数量剧增，导致测试时间长，且发动机总装后，舱内空间有限，操作和读数费时费力。另外，采用独立电磁阀测试也无法覆盖真实飞行状态下电磁阀动作的极性是否正确。

因此，有必要实现运载火箭发动机电磁阀回路极性的自动测试。在系统的真实工作状态下获取发动机电磁阀的动作状态及动作时间，解决电磁阀回路极性的测试覆盖性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，该系统不用改变火箭的任何状态即可在总检查测试过程中获取所有发动机电磁阀的动作时间，通过时序解析与自动判读实现发动机回路极性的自动测试与判读，从而解决了系统测试的不完全覆盖问题，提高了系统的可靠性和安全性。

本发明的技术方案是：一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，包括磁感应传感器、测试采集终端以及时序解析与自动判读模块；

所述磁感应传感器的数量与运载火箭发动机的电磁阀数量相对应，每个磁感应传感器设置在发动机的一个电磁阀上，用于感应相应的电磁阀动作时产生的磁场，并根据感应到的电磁阀磁场判断电磁阀的开关状态，根据判断结果输出开关量状态信号；

所述测试采集终端采集对应的所有磁感应传感器的开关量状态信号，当任意一个磁感应传感器的开关量状态信号发生变化时，测试采集终端采集该磁感应传感器的通道编码，同时采集当前时间作为该磁感应传感器的动作时间，然后将该磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间三个数据通过有线或无线网络通道发送给所述时序解析与自动判读模块；各测试采集终端通过卫星导航授时或广播授时方式实现时间同步；

所述时序解析与自动判读模块接收测试采集终端发送的所有磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，通过事先配置好的发动机电磁阀代号与通道编码的对应关系，解析出发动机电磁阀的开关状态以及动作时间，测试结束后将解析出的所有电磁阀的开关状态及动作时间与全箭电磁阀理论动作时间进行比对，根据允许的时间偏差判断每个电磁阀动作时间是否满足要求，从而完成电磁阀回路极性自动测试。

所述每个测试采集终端均包括数据采集模块、CPU模块、时统模块、数据存储模块、数据发送模块以及电池与充放电模块；

所述数据采集模块采集对应的所有磁感应传感器的开关量状态信号，并将开关量状态信号发送给所述CPU模块；

所述时统模块采用卫星导航授时或广播授时方式获取时间信息，并对测试采集终端的时间进行修正，实现各测试采集终端的时间同步；

所述CPU模块负责查询数据采集模块采集到的各磁感应传感器的开关量状态信号，当任意一个磁感应传感器开关量状态信号发生变化时，CPU模块读取该磁感应传感器对应的传感器通道，对该通道进行编码，同时读取当前时间作为该磁感应传感器的动作时间，并将该磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据输出给数据存储模块和数据发送模块；

所述数据存储模块存储数据采集模块采集到的磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据，供历史数据查询使用；

所述数据发送模块将各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据发送给所述时序解析与自动判读模块；

所述电池与充放电模块为所述测试采集终端中的数据采集模块、CPU模块、时统模块、数据存储模块以及数据发送模块供电。

所述时序解析与自动判读模块包括数据接收模块、时序通道配置模块、时序自动判读模块、时序判据导入模块以及判读结果输出模块；

所述时序通道配置模块用于设置发动机的电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，并将设置数据输出给时序自动判读模块；

所述数据接收模块接收各个测试采集终端发送的各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，并将数据输出给时序自动判读模块；

所述时序判据导入模块用于读取整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论动作状态、动作时间及允许的时间偏差，并将数据发送给所述时序自动判读模块；

所述时序自动判读模块根据接收到的各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，以及发动机的电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，得到发动机电磁阀的开关状态及动作时间，并将所得到的各个电磁阀的开关状态和动作时间与整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论动作状态和动作时间进行比对，若电磁阀满足允许的时间偏差则输出合格，否则输出不合格，并将比对结果及是否合格的状态数据送给判读结果输出模块；

所述的判读结果输出模块将判读结果以表格化文件的形式进行输出。

所述磁感应传感器采用开关量输出的传感器或模拟量输出的传感器实现。

与现有的测试方式相比，根据本发明的运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统的有益效果是：

(1)本发明提出在正式测试中实现发动机电磁阀回路极性的自动测试方法，在系统的真实工作状态下获取发动机电磁阀的动作时间，解决了电磁阀回路极性的测试覆盖；

(2)本发明提出基于电磁阀磁感应的非接触式测量方案，通过在电磁阀表面粘贴磁感应传感器即可实现测量，不会对原系统的状态造成影响，同时采用无线传输和电池供电方式，提高了测试的便捷性；

(3)本发明采用卫星导航或广播的方式进行高精度授时，实现整个运载火箭箭上所有电磁阀动作时间的精确记录，并对测试结果与理论数据进行自动比对判读，提高了测试的智能化与精细化；

(4)本发明采用模块化和通用化的设计思路，硬件采用一致性设计，通过软件配置修改，即可完成系统组建，提高了测试的灵活性和通用性。

附图说明

图1为根据本发明的发动机电磁阀回路极性自动测试系统的组成框图；

图2为根据本发明的发动机电磁阀回路极性自动测试系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统做进一步详细的说明。

图1为本发明的发动机电磁阀回路极性自动测试系统的组成框图，包括磁感应传感器、测试采集终端以及时序解析与自动判读模块。本发明的系统采用磁感应传感器从空间上获取电磁阀动作时产生的磁场，从而确定各电磁阀的动作时间，不用改变火箭的任何状态即可在综合测试过程中获取所有发动机电磁阀的动作时间，通过时序解析与自动判读模块实现发动机回路极性的自动测试与判读。

在发动机的每个电磁阀上都设置有(可通过粘贴的方式设置)磁感应传感器，即磁感应传感器的数量与运载火箭发动机的电磁阀的数量相对应。每个磁感应传感器感应相应的电磁阀动作时产生的磁场。

测试采集终端采用通用化设计，其数量由两种决定方式：一种是由运载火箭发动机的数量决定，每一个测试采集终端对应一台发动机的所有电磁阀上的磁感应传感器；另一种是考虑就近测试原则，运载火箭每个部段的一台或多台发动机采用一个测试采集终端进行测试，如助推器设置、芯一级、芯二级可分别设置一个测试采集终端。

各测试采集终端通过卫星导航授时或广播授时方式实现测试采集终端的CPU时间同步；测试采集终端采集对应的磁感应传感器的开关量状态信号和通道编码，当采集到某一个或某几个磁感应传感器动作时(即该磁感应传感器的开关量状态信号发生变化时)，测试采集终端采集当前CPU时间作为动作磁感应传感器的动作时间，然后将动作的磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间三个数据通过有线或无线网络方式发送给时序解析与自动判读模块。

时序解析与自动判读模块接收来自各个测试采集终端的各磁感应传感器的通道编码、开关量状态信号和动作时间数据，通过事先配置好的发动机电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，解析出对应发动机电磁阀的开关状态和动作时间，测试结束后将所有电磁阀开关状态、动作时间与全箭电磁阀理论动作状态和动作时间进行自动比对判读，最后将比对结果及是否合格的状态数据送给判读结果输出模块，判读结果输出模块将判读结果以word格式的表格化文件进行输出。

具体地，磁感应传感器可以选用开关量输出的干簧管，系统共配置有N个干簧管，N为正整数，与发动机电磁阀的总数对应，当感应到的磁场超过磁感应传感器接通阈值时，磁感应传感器输出打开信号，否则输出关闭信号；磁感应传感器也可选用其它模拟量输出的传感器，在测试采集终端进行采集后根据电磁阀动作时的磁场大小确定传感器的输出门限电压，当电磁阀通电时，传感器的模拟量输出超出门限电压，输出电磁阀打开信号；当电磁阀断电时，传感器的模拟量输出低于门限电压，输出电磁阀关闭信号。

测试采集终端采用通用化设计，各测试采集终端的状态一致，均包括数据采集模块、CPU模块、时统模块、数据存储模块、数据发送模块以及电池与充放电模块。其中，数据采集模块采用光耦隔离方式，采集对应的磁感应传感器的开关量信号，光耦隔离的输出直接送给CPU模块的I/O端口进行采集。时统模块采用卫星导航授时或广播授时方式实现各测试采集终端的时间同步。其中，卫星导航授时采用BD/GPS模块获取精确的北京时间，本实施例中时统模块采用和芯星通公司的UM220-T模块，该模块为BD2/GPS双系统精密授时产品，能够同时支持北斗二代B1、GPS L1频点，授时精度为20ns，UM220-T模块与CPU模块之间采用串口通信方式，每秒给测试采集终端的CPU发送一次时间信息，对测试采集终端的CPU时间进行一次修正。在没有卫星导航信号时，时统模块通过接收时序解析与自动判读模块的广播时间信息实现时间同步。

CPU模块采用51系列的单片机，主要功能是查询数据采集模块的开关量状态，当某磁感应传感器开关量状态发生变化时，CPU模块读取该磁感应传感器对应的磁感应传感器通道，进行编码，同时读取CPU时间，，并将该磁感应传感器开关量状态信号、通道编码和动作时间数据进行存储，同时将传感器开关量状态信号、通道编码和动作时间数据通过有线或无线两种方式发送给时序解析与自动判读模块，有线或无线两种方式为冗余关系，只要使用其中一种通信方式即可完成系统的功能。

其中无线通信方式采用基于2.4G传输频率的Zigbee传输协议进行时统和测试结果的传输。时序解析与自动判读模块的功能需要通过运行时序解析与自动判读软件实现，为了实现Zigbee无线数据通信，还需要采用Zigbee无线数据传输模块与电脑的电缆的串行通信接口进行连接。有线通信方式采用以太网实现，各测试采集终端和时序解析与自动判读模块均连接到交换机上，采用UDP协议进行数据传输，以太网芯片采用SPI接口与CPU进行数据通信。

测试采集终端采用便携式设计，并由电池与充放电模块提供工作电源，采用12V锂电池为系统供电。测试采集终端与对应的磁感应传感器采用直连电缆的方式进行连接。为了实现测试采集终端的功能，除了硬件电路外，还需要运行在CPU上的测试终端软件协助实现测试数据的采集、处理、储存与发送。

时序解析与自动判读模块包括数据接收模块、时序通道配置模块、时序自动判读模块、时序判据导入模块、以及判读结果输出模块，其中，时序通道配置模块用于设置发动机的电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，并将设置数据送给时序自动判读模块；数据接收模块接收来自各个测试采集终端的各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据，并将数据送给时序自动判读模块；时序判据导入模块用于读取整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论动作状态、动作时间及允许的时间偏差，并将数据发送给所述时序自动判读模块；时序自动判读模块通过获得的发动机电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系、磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，得到发动机电磁阀代号对应磁感应传感器的开关状态及动作时间，并将所得到的各个电磁阀的动作时间与开关状态与整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论开关状态和动作时间进行比对，若电磁阀动作时间满足允许的时间偏差则输出合格，否则输出不合格，并将比对结果及是否合格的状态数据送给判读结果输出模块；判读结果输出模块将判读结果以word格式的表格化文件进行输出。

本发明的发动机电磁阀回路极性自动测试系统的工作流程如图2所示。测试前，手动为每个电磁阀粘贴干簧管传感器，然后启动测试采集终端和时序解析与自动判读模块上的测试采集终端软件和时序解析与自动判读软件。测试采集终端软件和时序解析与自动判读软件之间通过无线Zigbee网络或有线以太网进行通信。

软件启动后，首先需要配置每个干簧管传感器通道对应的发动机电磁阀代号，所有通道配置完毕后即可导入整个运载火箭发动机所有电磁阀的理论动作时间和允许的时间偏差(判据)。

启动测试后，判断是否有卫星导航授时信号，在有卫星导航授时信号时，采用BD/GPS模块获取精确的北京时间，每秒对测试采集终端的时间进行一次修正。在没有卫星导航信号时，测试采集终端软件通过接收时序解析与自动判读模块的广播时间信息实现时间同步。同时测试采集终端软件实时监测干簧管传感器的开关量状态信号，当监测到某个或某几个干簧管传感器开关量状态信号变化时，自动获取上述开关量状态信号变化的干簧管传感器动作的时间(修正后的CPU时间)，同时获取上述干簧管传感器对应的传感器通道，进行编码，得到上述干簧管传感器的通道编码，然后将上述干簧管传感器的开关量状态信号、动作时间和通道编码进行存储，并将上述开关量状态信号变化的干簧管传感器动作数据(开关量状态信号、通道编码和动作时间)通过有线或无线的方式发送到时序解析与自动判读软件，由时序解析与自动判读软件完成测试数据的解析，解析过程是依据发动机电磁阀与干簧管传感器通道的对应关系，解析出对应发动机电磁阀的开关状态和动作时间。若测试结束，则依据导入的整个运载火箭所有的电磁阀的理论动作时间，将测试数据与之进行自动比对，若电磁阀动作时间满足允许的时间偏差则输出合格，否则输出不合格，完成测试结果的自动判读。最后将测试结果以word形式进行输出，若测试继续，则测试采集终端软件和时序解析与自动判读软件将回到测试启动后的状态，直到测试结束。

在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，其特征在于：包括磁感应传感器、测试采集终端以及时序解析与自动判读模块；

所述磁感应传感器的数量与运载火箭发动机的电磁阀数量相对应，每个磁感应传感器设置在发动机的一个电磁阀上，用于感应相应的电磁阀动作时产生的磁场，并根据感应到的电磁阀磁场判断电磁阀的开关状态，根据判断结果输出开关量状态信号；

所述测试采集终端采集对应的所有磁感应传感器的开关量状态信号，当任意一个磁感应传感器的开关量状态信号发生变化时，测试采集终端采集该磁感应传感器的通道编码，同时采集当前时间作为该磁感应传感器的动作时间，然后将该磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间三个数据通过有线或无线网络通道发送给所述时序解析与自动判读模块；各测试采集终端通过卫星导航授时或广播授时方式实现时间同步；

所述每个测试采集终端均包括数据采集模块、CPU模块、时统模块、数据存储模块、数据发送模块以及电池与充放电模块；

所述数据采集模块采集对应的所有磁感应传感器的开关量状态信号，并将开关量状态信号发送给所述CPU模块；

所述时统模块采用卫星导航授时或广播授时方式获取时间信息，并对测试采集终端的时间进行修正，实现各测试采集终端的时间同步；

所述CPU模块负责查询数据采集模块采集到的各磁感应传感器的开关量状态信号，当任意一个磁感应传感器开关量状态信号发生变化时，CPU模块读取该磁感应传感器对应的传感器通道，对该通道进行编码，同时读取当前时间作为该磁感应传感器的动作时间，并将该磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据输出给数据存储模块和数据发送模块；

所述数据存储模块存储数据采集模块采集到的磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据，供历史数据查询使用；

所述数据发送模块将各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间数据发送给所述时序解析与自动判读模块；

所述电池与充放电模块为所述测试采集终端中的数据采集模块、CPU模块、时统模块、数据存储模块以及数据发送模块供电；

所述时序解析与自动判读模块接收测试采集终端发送的所有磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，通过事先配置好的发动机电磁阀代号与通道编码的对应关系，解析出发动机电磁阀的开关状态以及动作时间，测试结束后将解析出的所有电磁阀的开关状态及动作时间与全箭电磁阀理论动作时间进行比对，根据允许的时间偏差判断每个电磁阀动作时间是否满足要求，从而完成电磁阀回路极性自动测试。

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，其特征在于：所述时序解析与自动判读模块包括数据接收模块、时序通道配置模块、时序自动判读模块、时序判据导入模块以及判读结果输出模块；

所述时序通道配置模块用于设置发动机的电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，并将设置数据输出给时序自动判读模块；

所述数据接收模块接收各个测试采集终端发送的各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，并将数据输出给时序自动判读模块；

所述时序判据导入模块用于读取整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论动作状态、动作时间及允许的时间偏差，并将数据发送给所述时序自动判读模块；

所述时序自动判读模块根据接收到的各磁感应传感器的开关量状态信号、通道编码和动作时间，以及发动机的电磁阀代号与磁感应传感器通道编码的对应关系，得到发动机电磁阀的开关状态及动作时间，并将所得到的各个电磁阀的开关状态和动作时间与整个运载火箭发动机中所有电磁阀的理论动作状态和动作时间进行比对，若电磁阀满足允许的时间偏差则输出合格，否则输出不合格，并将比对结果及是否合格的状态数据送给判读结果输出模块；

所述的判读结果输出模块将判读结果以表格化文件的形式进行输出。

3.根据权利要求1所述的一种运载火箭发动机电磁阀回路极性自动测试系统，其特征在于：所述磁感应传感器采用开关量输出的传感器或模拟量输出的传感器实现。