CN110749444A - 航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航天液体火箭发动机技术领域，涉及一种航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统及方法，解决目前针对航天液体发动机地面试验测试系统的二次仪表部分的校准方法，测试准确度不高及效率低的问题。主要针对航天液体发动机地面试验测试系统的二次仪表部分进行。根据被校航天液体发动机地面试验测试系统中传感器的输出类型，如电压型输出、电流型输出、电阻型输出等多种类型，设计多路程控传感器模拟信号标准源，以多路程控传感器模拟信号标准源为标准，其输出的电信号通过多组插接件送入到待校的航天液体发动机地面试验测试系统二次仪表部分，对整个测量分系统进行精确的现场校准。
Description
技术领域
本发明属于航天液体火箭发动机技术领域，针对液体火箭发动机试验专用测试系统的特点，研究了现场多通道校准方法，制定了发动机试验专用测试系统的现场校准方案。
背景技术
航天液体发动机地面试验是发动机研制的重要组成部分和关键环节，涉及多学科、多领域的复杂系统工程，试验过程中存在高温、高压、强振动、电磁干扰等诸多因素，必须通过在试验中获取准确、可靠的多种试验参数结果对发动机性能与可靠性进行评价，且试验结果是评价发动机性能、检验发动机固有质量、验收发动机的唯一手段。
航天液体发动机地面试验是利用航天液体发动机地面试验专用测试系统，对航天液体发动机的各项性能指标进行检测。航天液体发动机地面试验专用测试系统是指包含传感器、信号调节器、测量电路、记录器的完整测量系统。由于试验的最终结果是试验过程中获得的测量数据，所以对航天液体发动机地面试验专用测试系统进行计量校准十分必要。
近几年，航天事业快速发展，航天型号产品面临着任务量急剧增加的紧迫形势，发动机试验测量系统的工作频率越来越高，要求每次试验之前必须对各测量分系统的每个测量通道进行计量确认，以确保测量系统采集数据的准确性。
针对传感器的校准已非常成熟，但是目前，对除了传感器之外的航天液体发动机地面试验专用测试系统的二次仪表部分的校准存在以下问题：
1、由于目前计量手段的滞后，只能对测量系统的部分设备进行单体校准，并且只能是逐个通道进行计量性检查，对试验规模为200～300路的测量通道进行一次计量确认需要花费两三天时间。由于试验任务繁重，不仅各参量的测量分系统不能高效及时的进行校准，无法评估测量系统数据的可靠性；而且在试验过程中，众多系统同时工作时，各个系统之间以及多个通道之间的相互影响，对试验效率和试验系统性能、可靠性评估有一定的影响。因此，为了确保发动机试验测量数据的高度准确性，必须要考虑众多系统同时工作时，各个系统之间的相互影响，多个通道之间的相互影响。需要整体对各参量测量分系统进行校准，单体部件的校准已经不能满足发动机试验现场对测量系统综合评价的要求。
2、目前计量部门对航天液体发动机地面试验专用测试系统开展的校准是在标准的计量试验室进行，测试系统的实际工作环境与试验室差异较大，而且目前也没有考核试验现场的系统连接结构、噪声、长线信号传输等因素对测量系统性能的影响。经过研究分析和试验验证，环境偏离和长线传输等因素对测量系统的测试准确度影响较大。同时由于每种参量的测量系统非常复杂，体积庞大，不允许经常拆装，所以送到试验室进行检定校准在操作性和及时性上不现实。
因此，为了保证发动机试车的质量，迫切需要对航天液体发动机地面试验专用测试系统进行现场综合校准，不仅考核测量系统的性能，同时考核包括传输及其环境等影响因素。
发明内容
为了解决目前针对航天液体发动机地面试验测试系统的二次仪表部分的校准方法，测试准确度不高及效率低的问题，本发明提供一种航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统及方法，主要针对航天液体发动机地面试验测试系统的二次仪表部分进行。根据被校航天液体发动机地面试验测试系统中传感器的输出类型，如电压型输出、电流型输出、电阻型输出等多种类型，设计多路程控传感器模拟信号标准源，以多路程控传感器模拟信号标准源为标准，其输出的电信号通过多组插接件送入到待校的航天液体发动机地面试验专用测试系统二次仪表部分，对整个测量分系统进行精确的现场校准。
本发明的技术解决方案是提供一种航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统，其特殊之处在于：包括多路程控传感器模拟信号标准源及计算机；
所述多路程控传感器模拟信号标准源包括多类输出接口，每一类输出接口用于输出一类参数的标准模拟数据；所述多路程控传感器模拟信号标准源的输出参数类型与待校航天液体发动机地面试验测试系统中传感器的输出参数类型相同；
多路程控传感器模拟信号标准源的各类输出接口与待校航天液体发动机地面试验测试系统中的各个插头连接；其中各类输出接口型号与各个插头型号相匹配；
多路程控传感器模拟信号标准源输出的各类参数的标准模拟数据经过待校航天液体发动机地面试验测试系统的测量后，得到各个通道不同时间的测量结果；
所述计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：
S1、控制多路程控传感器模拟信号标准源同时输出多类随时间变化的标准模拟数据至待校航天液体发动机地面试验测试系统；
S2、多路程控传感器模拟信号标准源根据指令同时输出多路标准模拟数据，进入待校航天液体发动机地面试验测试系统测量通道，经过信号调整和信号测量得到各个通道不同时间的测量结果；
S3、将各个通道不同时间的测量结果与标准模拟数据进行比较，得到各个通道的校准结果。
进一步地，为了整体复现测试系统在实际工作中测试的信号，所述标准模拟数据为传感器实际工作中产生的过程数据。
进一步地，所述计算机包括校准控制计算机及试验控制计算机；
所述校准计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1中步骤S1与S3的过程；
所述试验控制计算机包括存储器，用于存储权利要求1中步骤S2输出的各个通道不同时间的测量结果。
进一步地，所述输出接口输出的参数类型包括电压、电流、电阻及频率等参数。
本发明还提供一种利用上述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统实现校准的方法，包括以下步骤：
步骤一、控制多路程控传感器模拟信号标准源同时输出多类随时间变化的标准模拟数据至待校航天液体发动机地面试验测试系统；
步骤二、多路程控传感器模拟信号标准源根据指令在不同的时间输出多路标准模拟数据，进入测量通道，测量通道经过信号调整和信号测量得到各个通道不同时间的测量结果；
步骤三、将各个通道不同时间的测量结果与标准模拟数据进行比较，得到各个通道的校准结果。
进一步地，标准模拟数据通过下述方法获取：
首先，按照航天液体发动机地面试验过程中相关传感器的工作数据，建立传感器的测量数据库，该数据库包括传感器工作过程中的感应量；
其次，将传感器感应量转换成电参量，将该电参量作为标准模拟数据。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用多路程控传感器模拟信号标准源，为校准液体火箭发动机试验平台测试系统提供标准模拟数据，该信号源在实验现场整体同时输出多路标准信号至待校航天液体发动机地面试验测试系统的整个二次仪表部分，以此考核航天液体发动机地面试验测试系统各个测量通道的基本性能、环境影响因素、通道间相互影响因素，真实反映测量系统的实际性能，不仅能够获得准确度高的校准数据还能提高校准效率。
2、利用传感器工作过程中的产生的过程数据作为标准模拟数据，整体复现测试系统在实际工作中测试的信号，充分考虑传感器的内特性和测量电路的外特性，使得独立校准能很好地反映整体使用性能，包括测量电路输入电阻、失调电压、失调电流对传感器输出信号幅值的衰减作用，测量电路的分布电容对电荷信号的衰减作用和对响应时间的影响程度等等，因此获得的校准数据准确度高。
附图说明
图1为本发明航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统电路校准原理框图；
图2为本发明航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统原理框图；
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
为了更好地保持了实际工作状态和使用条件，本发明对航天液体发动机地面试验测试系统的二次仪表部分进行校准，将以多路程控传感器模拟信号标准源为标准，对整个二次仪表部分进行校准。
从图1可以看出，本发明航天液体发动机地面试验测试系统主要包括多路程控传感器模拟信号标准源及计算机(上位机)。多路程控传感器模拟信号标准源为待校准液体火箭发动机试验平台测试系统提供标准信号源，包括输出接口，在校准过程中，在试验现场，直接拔下待校航天液体发动机地面试验测试系统中连接传感器的插头，将多路程控传感器模拟信号标准源的输出接口与待校航天液体发动机地面试验测试系统中的接口相连接，即将多路程控传感器模拟信号标准源的输出接口与二次仪表部分相连接。
根据上位机的指令定时向待校航天液体发动机地面试验测试系统发送标准模拟数据，该标准模拟数据经过待校航天液体发动机地面试验测试系统各个测量通道测试后，输出测量结果，上位机将测量结果与标准模拟数据进行比较，得到各个通道的校准结果，包括该通道的灵敏度、线性度等基本测量性能，还包括通道之间的影响量，通道的响应性能等。
因航天液体发动机地面试验测试系统中传感器与二次仪表部分的插接件有多种类型，一个插接件中有可能接入1个传感器或者多个传感器，甚至一个插接件中有可能接入多个不同类型的传感器。因此，如图2所示将多路程控传感器模拟信号标准源的输出接口设计为与二次仪表部分的插接件相匹配的接口；即包括多种参数类型的输出接口，如电压量、电流量、电阻量和频率量等；通过各个输出接口，将多路程控传感器模拟信号标准源输出的标准模拟数据接入到各个与输出接口相同型号的插头中。
对航天液体发动机地面试验测试系统进行校准时，在校准计算机程序的控制下，多路程控传感器模拟信号标准源可输出任意标准模拟数据，也可输出传感器实际工作中产生的过程数据，整体复现测试系统在实际工作中测试的信号。该过程数据通过下述方法获取：首先根据按照发动机试验过程中相关传感器的工作数据，建立传感器的测量数据库，该数据库包括传感器工作过程中的感应量；其次，将传感器感应量转换成电参量；将该电参量作为标准模拟数据。
从图2可以看出，本发明包括校准计算机与试验控制计算机，校准计算机按照发动机试验过程中相关传感器的工作情况，控制多路程控传感器模拟信号标准源同时输出多路随时间变化的标准模拟数据：
其中，t为时间，t＝0，T0，2T0，3T0，...NT0，T0为时间间隔，N为顺序号。
其中，式中fx1(t)、fx2(t)......fxx(t)、fy1(t)、fy2(t)......fyy(t)、fz1(t)、fz2(t)......fzz(t)，均为表格式定义函数。
待校航天液体发动机地面试验测试系统对这组标准函数进行测量，测试结果：
其中M＝x+y+z，试验控制计算机将测试结果数据矩阵存入存储介质。利用存储介质将测试数据矩阵输入到校准计算机，供校准计算机校准时使用。比较标准模拟数据数据和测量数据矩阵的每个数据，实现对发动机试验系统的校准，得到各个通道的校准结果，包括该通道的灵敏度、线性度等基本测量性能，还包括通道之间的影响量，通道的响应性能等，真实反映测量系统的实际性能。
利用传感器工作过程中的产生的过程数据作为标准模拟数据，充分考虑传感器的内特性和测量电路的外特性，使得独立校准能很好地反映整体使用性能，包括测量电路输入电阻、失调电压、失调电流对传感器输出信号幅值的衰减作用，测量电路的分布电容对电荷信号的衰减作用和对响应时间的影响程度等等。
Claims (6)
1.一种航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统，其特征在于：包括多路程控传感器模拟信号标准源及计算机；
所述多路程控传感器模拟信号标准源包括多类输出接口，每一类输出接口用于输出一类参数的标准模拟数据；所述多路程控传感器模拟信号标准源的输出参数类型与待校航天液体发动机地面试验测试系统中传感器的输出参数类型相同；
多路程控传感器模拟信号标准源的各类输出接口与待校航天液体发动机地面试验测试系统中的各个插头连接；其中各类输出接口型号与各个插头型号相匹配；
多路程控传感器模拟信号标准源输出的各类参数的标准模拟数据经过待校航天液体发动机地面试验测试系统的测量后，得到各个通道不同时间的测量结果；
所述计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：
S1、控制多路程控传感器模拟信号标准源同时输出多类随时间变化的标准模拟数据至待校航天液体发动机地面试验测试系统；
S2、多路程控传感器模拟信号标准源根据指令同时输出多路标准模拟数据，进入待校航天液体发动机地面试验测试系统测量通道，经过信号调整和信号测量得到各个通道不同时间的测量结果；
S3、将各个通道不同时间的测量结果与标准模拟数据进行比较，得到各个通道的校准结果。
2.根据权利要求1所述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统，其特征在于：所述标准模拟数据为传感器实际工作中产生的过程数据。
3.根据权利要求2所述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统，其特征在于：所述计算机包括校准控制计算机及试验控制计算机；
所述校准计算机包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1中步骤S1与S3的过程；
所述试验控制计算机包括存储器，用于存储权利要求1中步骤S2输出的各个通道不同时间的测量结果。
4.根据权利要求3所述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统，其特征在于：所述输出接口输出的参数类型包括电压、电流、电阻及频率。
5.一种利用权利要求1所述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统实现校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、控制多路程控传感器模拟信号标准源同时输出多类随时间变化的标准模拟数据至待校航天液体发动机地面试验测试系统；
步骤二、多路程控传感器模拟信号标准源根据指令在不同的时间输出多路标准模拟数据，进入测量通道，测量通道经过信号调整和信号测量得到各个通道不同时间的测量结果；
步骤三、将各个通道不同时间的测量结果与标准模拟数据进行比较，得到各个通道的校准结果。
6.根据权利要求5所述的航天液体发动机地面试验测试系统的校准系统实现校准的方法，其特征在于，标准模拟数据通过下述方法获取：
首先，按照航天液体发动机地面试验过程中相关传感器的工作数据，建立传感器的测量数据库，该数据库包括传感器工作过程中的感应量；
其次，将传感器感应量转换成电参量，将该电参量作为标准模拟数据。
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