CN105403778B

CN105403778B - 一种多回路时序工作的测量方法和系统

Info

Publication number: CN105403778B
Application number: CN201510598374.2A
Authority: CN
Inventors: 姚学玲; 陈景亮; 许雯珺; 孙晋茹
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: CN105403778A

Abstract

本发明公开了一种多回路时序工作的测量方法和系统，该系统用四套不同刻度因数的电流传感器分别测量雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号，分别将输出信号传送给四套嵌入式数字测试仪，所述四套嵌入式数字测试仪对提取的信号进行数据采集；四套嵌入式数字测试仪既能够对采集的数据进行分析和处理，也能够将采集的数据传递给上位管理机；上位管理机对四套嵌入式数字测试仪采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。此测量方法和测量系统也可以用于航空材料、结构件等雷电直接效应试验的数据管理。

Description

一种多回路时序工作的测量方法和系统

技术领域

本发明属于雷电防护技术领域，涉及一种航空航天领域的雷电防护试验，尤其是一种多回路时序工作的测量方法和测量系统。

背景技术

碳纤维复合材料广泛应用于航空航天、军事及民用工业等各个领域。随着飞机设计的改进和碳纤维复合材料技术的进步，碳纤维增强型聚合物复合材料CFRP(CarbonFiber Reinforced Polymers)在大型民用飞机、军用飞机、无人机及隐形飞机上的用量不断增长，空客A350XWA上CFRP材料所占的比例达到53％。但相比较传统使用的铝、钢和钛合金材料，CFRP的电传导性能差，这就使得CFRP层合板在雷击情况下无法像金属材料那样具有短时间使积累的电荷迅速转移或扩散的能力，这部分积聚的能量以焦耳热的形式使得CFRP温度急剧升高，从而导致CFRP的纤维断裂、树脂热解、深度分层等严重损伤。

大飞机雷电直接效应的试验和测量是目前国内外关注的热点和难点，其主要原因是大飞机雷电直接效应测量的雷电电流波测试装备及控制方法不能满足大飞机所设计的材料、结构件及整机研究和发展的需求，欧盟和美军标规定了航空器雷电直接的试验要求和雷电分量，其中包括200kA、持续时间不大于500μs的雷电流分量A(首次雷电回击分量)或150kA、持续时间不大于500μs的雷电流分量Ah(首次雷电回击的过渡分量)、2kA、持续时间不大于5ms的雷电流分量B(中间电流分量)、200A-800A、持续时间不大于0.25s-1s的雷电流分量C/C*(持续电流分量)和100kA、持续时间不大于500μs的雷电流分量D(后续回击分量)电流波，其中雷电流分量A、Ah和D波可以用振荡波和单极性波两种形式，相比之下，单极性雷电波能够较好的模拟实际的雷电效应，通常被作为国内外认可的试验波形。各种电流分量分时作用且幅值、频带(持续时间)存在显著差异，依靠1套电流传感器和1套记录(测量)装置无法满足航空器直接效应试验的测量要求，已经成为严重制约了大飞机雷电直接效应试验的和大飞机发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多回路时序工作的测量方法和系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种多回路时序工作的测量方法，用四套不同刻度因数的电流传感器分别测量雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号；四套不同刻度因数的电流传感器分别将输出信号传送给四套嵌入式数字测试仪，所述四套嵌入式数字测试仪对四套不同刻度因数的电流传感器提取的信号进行数据采集；所述四套嵌入式数字测试仪既能够对采集的数据进行分析和处理，也能够将采集的数据传递给上位管理机；上位管理机对四套嵌入式数字测试仪采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。

本发明还提出一种多回路时序工作的测量系统：由计算机数据分析与管理单元、四套嵌入式数字测量仪或数字示波器以及四套不同刻度因数的电流传感器组成；

所述四套不同刻度因数的电流传感器为电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D，所述电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D分别用以雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号的精确提取，以实现嵌入式数字测量仪或示波器测量信号范围的要求；

所述四套嵌入式数字测量仪或数字示波器分别对四套电流传感器提取的信号进行数据采集，并对采集的数据进行分析和处理，或者将采集的数据传递给上位管理机；

所述计算机数据分析与管理单元对四套嵌入式数字测量仪或数字示波器采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。

进一步，上述计算机数据分析与管理单元为安装有大飞机雷电直接效应数据分析管理系统的上位机。

进一步，上述四套嵌入式数字测量仪通过光电隔离模块和有线或无线网口与计算机数据分析与管理单元连接。

进一步，上述四套不同刻度因数的电流传感器是基于电磁感应测量的电流线圈，套不同刻度因数的电流传感器的输出分别输入至四套嵌入式数字测量仪的输入。

本发明具有以下有益效果：

本发明的多回路时序工作的测量方法和系统采用四套嵌入式数字测量仪，通过有线或无线网口与计算机数据分析与管理单元相连，计算机数据分析与管理单元对四套嵌入式测量仪或示波器传输过来的试验数据进行分析和处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。由于A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流幅值范围相差悬殊，采用变刻度坐标可以很好地显示航空器雷电直接效应试验的雷电流A/Ah波、B波、C/C*波和D波的时序电流波形图，并可在时序电流波形图上显示雷电流A/Ah波、B波、C/C*波和D波的实际试验电流值。此测量方法和测量系统也可以用于航空材料、结构件等雷电直接效应试验的数据管理。

附图说明

图1(a)是本发明的航空器雷电直接效应测量的雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波发生回路原理图；

图1(b)是本发明航空器雷电直接效应试验的雷电流A/Ah波、B波、C/C*波和D波的时序电流波形图；

图2是本发明多回路时序工作的测量系统的示意框图。

具体实施方式

本发明首先提出一种多回路时序工作的测量方法，该方法是用四套不同刻度因数的电流传感器分别测量雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号；四套不同刻度因数的电流传感器分别将输出信号传送给四套嵌入式数字测试仪，所述四套嵌入式数字测试仪对四套不同刻度因数的电流传感器提取的信号进行数据采集；所述四套嵌入式数字测试仪既能够对采集的数据进行分析和处理，也能够将采集的数据传递给上位管理机；上位管理机对四套嵌入式数字测试仪采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。

基于以上方法，本发明提出一种多回路时序工作的测量系统，该系统由计算机数据分析与管理单元、四套嵌入式数字测量仪或数字示波器以及四套不同刻度因数的电流传感器组成；所述四套不同刻度因数的电流传感器为电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D，所述电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D分别用以雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号的精确提取，以实现嵌入式数字测量仪或示波器测量信号范围的要求；所述四套嵌入式数字测量仪或数字示波器分别对四套电流传感器提取的信号进行数据采集，并对采集的数据进行分析和处理，或者将采集的数据传递给上位管理机；所述计算机数据分析与管理单元对四套嵌入式数字测量仪或数字示波器采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。所述计算机数据分析与管理单元为安装有大飞机雷电直接效应数据分析管理系统的上位机。所述四套嵌入式数字测量仪通过光电隔离模块和有线或无线网口与计算机数据分析与管理单元连接。所述四套不同刻度因数的电流传感器是基于电磁感应测量的电流线圈，套不同刻度因数的电流传感器的输出分别输入至四套嵌入式数字测量仪的输入。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1a、图1b，本发明的航空器雷电直接效应试验的雷电流包括雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波，雷电流分量A波回路由储能电容、形成电感、主开关A、CROWBAR开关A和电流传感器A组成，雷电流分量A的波形为单极性，其放电电流峰值、比能和持续时间满足峰值电流200kA(±10％)，作用积分2×10⁶A²s(±20％)(in 500μs)，持续时间不大于500μs；雷电流Ah波放电电流的波形为单极性(可以与雷电流分量A发生回路共用)，其放电电流峰值、比能和持续时间满足峰值电流150kA(±10％)，作用积分0.8×10⁶A²s(±20％)(in500μs)，持续时间不大于500μs；雷电流B波回路是由电容和电感组成的人工模拟传输线网络，电容和电感的链数至少为8，放电电流采用电流传感器B提取，其放电电流峰值、电荷量和持续时间满足峰值电流20kA(±20％)，电荷量10C(±10％)(in 500μs)，持续时间不大于5ms；雷电流C/C*波是一持续时间较长的直流电源，放电电流用电流传感器C进行提取，其放电电流峰值、电荷量和持续时间满足峰值电流200-800A(±20％)，电荷量200C(±10％)，持续时间位0.25s-1s；雷电流D波发生回路由储能电容、形成电感、主开关D、CROWBAR开关D和电流传感器D组成，雷电流分量D的波形为单极性，其放电电流峰值、比能和持续时间满足峰值电流100kA(±10％)，作用积分0.25×10⁶A²s(±20％)(in 500μs)，持续时间不大于500μs。

参见图2，本发明的航空器雷电直接效应试验的多回路时序工作的测量方法是用4只不同刻度因数的电流传感器，所属的电流传感器是基于电磁感应的电流线圈，可以避免雷电流分量B波、C/C*波采用分流器测量所带来的悬浮电压升高而带来的对测量系统的危害，提高测量系统运行的可靠性和稳定性。同时，本发明的航空器雷电直接效应试验的采用4只不同刻度因数的电流传感器进行4中雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波的测量，又可以避免采用单一电流传感器(和被试品串联或套接在被试品与地线的连接中)带来A/Ah波、B波、C/C*波和D波在同一坐标中显示时无法分辨的技术难题(因为A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流幅值相差3个数量级——A波200kA，C波最小200A)。

参见图2，本发明的航空器雷电直接效应试验的多回路时序工作的测量系统主要由计算机数据分析与管理单元、4套嵌入式数字测量仪或数字示波器和4套不同刻度因数的电流传感器组成。4套不同刻度因数的电流传感器——电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D的作用是实现雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号的精确提取，以实现嵌入式数字测量仪或示波器测量信号范围的要求；4套嵌入式数字测量仪或数字示波器的作用是对4套电流传感器提取的信号进行数据采集，嵌入式计算机本身既可以对采集的数据进行分析和处理，也可以将采集的数据传递给上位管理机；计算机数据分析与管理单元的作用是对4套嵌入式测试仪采集传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。采用变刻度坐标可以很好解决A/Ah波、B波、C/C*波和D波在同一坐标中显示时无法分辨的技术难题，能够清晰显示航空器雷电直接效应试验的雷电流A/Ah波、B波、C/C*波和D波的时序电流波形图，如图1b所示，并可在时序电流波形图上显示雷电流A/Ah波、B波、C/C*波和D波的实际试验电流值。

Claims

1.一种多回路时序工作的测量方法，其特征在于，用四套不同刻度因数的电流传感器分别测量雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号；四套不同刻度因数的电流传感器分别将输出信号传送给四套嵌入式数字测量仪，所述四套嵌入式数字测量仪对四套不同刻度因数的电流传感器提取的信号进行数据采集；所述四套嵌入式数字测量仪既能够对采集的数据进行分析和处理，也能够将采集的数据传递给上位管理机；上位管理机对四套嵌入式数字测量仪传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数。

2.一种多回路时序工作的测量系统，其特征在于，由计算机数据分析与管理单元、四套嵌入式数字测量仪或数字示波器以及四套不同刻度因数的电流传感器组成；

所述四套不同刻度因数的电流传感器为电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D，所述电流传感器A、电流传感器B、电流传感器C和电流传感器D分别用以雷电流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波电流信号的精确提取，以满足嵌入式数字测量仪或数字示波器测量信号范围的要求；

所述四套嵌入式数字测量仪或数字示波器分别对四套不同刻度因数的电流传感器提取的信号进行数据采集，将采集的数据传递给计算机数据分析与管理单元；

所述四套嵌入式数字测量仪通过光电隔离模块和有线网口或光电隔离模块和无线网口与计算机数据分析与管理单元相连；所述计算机数据分析与管理单元对四套嵌入式数字测量仪或数字示波器传输来的数据进行分析处理，最终获得航空器雷电直接效应试验的试验波形和试验参数；

所述计算机数据分析与管理单元为安装有大飞机雷电直接效应数据分析管理系统的上位管理机。

3.根据权利要求2所述的多回路时序工作的测量系统，其特征在于，所述四套不同刻度因数的电流传感器是基于电磁感应的电流线圈，四套不同刻度因数的电流传感器的输出分别输入至四套嵌入式数字测量仪或数字示波器的输入。