CN112265657A - 一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统 - Google Patents

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邱汉平
杜晓舟
杨艳静
张君
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Abstract

本申请提供一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，包括控制单元、解调单元以及传感单元；传感单元固定在航天器上；传感单元包括多个FBG传感器；传感单元通过第一数据传输线与解调单元信号连接；解调单元通过第二数据传输线与控制单元信号连接；控制单元，配置用于向解调单元发送测试指令信号；解调单元，配置用于接收测试指令信号，并对传感单元采集的信息进行采样得到光谱信号，并将光谱信号转换成电信号通过第二数据传输线发送至控制单元；控制单元，还配置用于对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。本申请能够实现多参量的一体化测试，测试系统流程简单。

Description

一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统
技术领域
本申请涉及航天器地面环境试验测试技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统。
背景技术
在航天器研制中需要对航天器的各种状态参量及环境参量进行大规模测试分析与监测，如加速度、应变、位移、变形等结构参量，温度、压力、气体成分等环境参量，以评估航天器的状态及性能是否满足研制和在轨运行要求。
目前卫星全流程各个阶段的参量测试分析使用各种不同的专项测试仪器设备分别独立开展，并且在不同阶段的测试工作开展前需要进行卫星状态设计改装、大量的传感器布置安装及测试系统搭建与调试等，造成测试流程复杂，测试准备时间长，影响了卫星的研制周期；而且在各个阶段测试的参量种类受到不同程度的限制，使得卫星状态的全参量判读很难进行，影响了卫星状态及性能监测与分析评估的完整性。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统。
本申请提供一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，包括控制单元、解调单元以及传感单元；所述传感单元固定在所述航天器上；所述传感单元包括多个FBG传感器；所述传感单元通过第一数据传输线与所述解调单元信号连接；所述解调单元通过第二数据传输线与所述控制单元信号连接；所述控制单元，配置用于通过第二数据传输线向所述解调单元发送测试指令信号；所述解调单元，配置用于接收所述测试指令信号，并根据接收到的所述测试指令信号对所述传感单元采集的信息进行采样得到光谱信号，并将所述光谱信号转换成电信号通过第二数据传输线发送至所述控制单元；所述控制单元，还配置用于对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述解调单元包括探测器阵列和AD转换器；所述探测器阵列包括多个探测器；所述探测器的型号为512Pixel线型InGaAs探测器；所述探测器的最大行频为8KHz；所述AD转换器的频率为15MHz。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，多个所述FBG传感器相互串联。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，多个所述FBG传感器形成传感器阵列。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，各个所述FBG传感器的中心波长互不相同；每个所述FBG传感器的中心波长分布范围为1510-1590nm。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第一数据传输线为光纤；所述解调单元包括光纤接口；所述第一数据传输线的一端插接在所述光纤接口内。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第二数据传输线为USB线；所述解调单元包括USB接口；所述第二数据传输线的一端插接在所述USB接口内。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述解调单元包括VPG光栅。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述传感单元通过粘贴或螺接的方式固定在所述航天器的表面。
与现有技术相比，本申请的有益效果：该基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，通过设置控制单元、解调单元以及传感单元，并在传感单元设置多个FBG传感器，能够实现多参量的一体化测试，在使用时，用户通过控制单元下达测试指令信号，解调单元接收该测试指令信号，并通过传感单元进行信息采集得到光谱信号，解调单元将光谱信号转换成电信号并发送至控制单元，控制单元对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。该测试系统流程简单，通过选用相应的FBG传感器，可完成对航天器的各种参数的一体化测试，克服了传统测试使用不同仪器测试不同信号带来的流程繁琐和数据分散、格式不统一问题，从而能够完整地对航天器的状态性能进行测试。
附图说明
图1为本申请实施例提供的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
请参考图1，本实施例提供一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，包括控制单元、解调单元以及传感单元。
所述传感单元固定在所述航天器的表面，具体地可通过粘贴或螺接的方式固定在所述航天器的表面；所述传感单元包括多个FBG传感器；在本实施例中，多个所述FBG传感器相互串联，在本申请的其他实施例中，也可以是多个所述FBG传感器形成传感器阵列。各个所述FBG传感器的中心波长互不相同；每个所述FBG传感器的中心波长分布范围为1510-1590nm，所述FBG传感器采用专用的AB胶或502胶粘贴或螺接在航天器待测位置的表面，两端用3M胶带固定。相邻的FBG传感器之间采用光纤串联，光纤可以用光纤熔接机熔接，也可以用FC-APC接口对接，光纤线缆沿航天器的表面走线，并用3M胶带粘贴在结构上，以保持光纤线缆的稳定，光纤走线时，尽量保持较大的圆弧度，避免小于90度的折线，以免阻断反射光线回路，影响信号传输。
所述传感单元通过第一数据传输线与所述解调单元信号连接；所述第一数据传输线为光纤，光纤长达20米，可以绕航天器产品结构进行铺设；所述解调单元包括光纤接口；所述第一数据传输线的一端插接在所述光纤接口内。
所述解调单元通过第二数据传输线与所述控制单元信号连接；所述第二数据传输线为USB线；所述解调单元包括USB接口；所述第二数据传输线的一端插接在所述USB接口内。
所述控制单元，配置用于通过第二数据传输线向所述解调单元发送测试指令信号；所述控制单元包括上位机，用户通过上位机上相应的用户软件下达测试指令信号。
所述解调单元，配置用于接收所述测试指令信号，并根据接收到的所述测试指令信号对所述传感单元采集的信息进行采样得到光谱信号，并将所述光谱信号转换成电信号通过第二数据传输线发送至所述控制单元。
所述控制单元，还配置用于对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。当控制单元接收到解调单元传输的电信号之后，控制单元上位机中相应的用户软件对其进行数据处理，包括光谱平滑去噪、过阈值检测、差值拟合、峰值提取、物理量转换、时频域分析等。所述控制单元还包括显示器，所述控制单元按照预设条件对原始的数据以及处理后的数据分类存储在上位机的硬盘上，并显示在显示器上，从而实现对数据的记录和直观的显示。此处需要说明的是，所述预设条件可以是文件类型、存储路径、数据类型、处理函数类型等；对于数据的分类存储可以是按照处理函数的类型来对数据进行分类存储，也可以是根据所测得的不同的物理参量所对应的数据来进行分类存储。
优选的，所述解调单元包括解调仪，所述解调仪采用AC220V供电，所述解调仪包括FPGA控制器、准直器、透镜、探测器阵列、AD转换器、环形器等；所述探测器阵列包括多个探测器；所述探测器的型号为512Pixel线型InGaAs探测器；该探测器的最大行频为8KHz；控制器的处理速度和AD转换器的转换速度能够匹配8K行频，AD转换器的AD转换速度至少能够达到4MSample/s；InGaAs探测器的时序信号由Lattice高性能FPGA控制器驱动，同时控制高速16BitADC完成线性阵列各像元光强的模数转换；AD转换器的频率为15MHz，并且其工作在4MSample/s下时，系统的数据处理率达8MB/s。通过上述设置，系统的采样频率和解调频率可实现8KHz，这就能满足航天器动力学环境测试的分析带宽要求，实现动静态参数同时测量；系统能够实现数据在线采集、实时传输、处理、存储和显示的功能。
优选的，所述解调单元的解调仪包括VPG光栅，从而能够有效提高光透射效率，进而提高解调单元光谱采集的信噪比。
本申请实施例提供的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，通过设置控制单元、解调单元以及传感单元，并在传感单元设置多个FBG传感器，能够实现多参量的一体化测试，在使用时，用户通过控制单元下达测试指令信号，解调单元接收该测试指令信号，并通过传感单元进行信息采集得到光谱信号，解调单元将光谱信号转换成电信号并发送至控制单元，控制单元对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。该测试系统流程简单，通过选用相应的FBG传感器，可完成对航天器的温度、应变、加速度等参数的一体化测试，克服了传统测试使用不同仪器测试不同信号带来的流程繁琐和数据分散、格式不统一问题，从而能够完整地对航天器的状态性能进行测试。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，包括控制单元、解调单元以及传感单元；
所述传感单元固定在所述航天器上；所述传感单元包括多个FBG传感器；所述传感单元通过第一数据传输线与所述解调单元信号连接；
所述解调单元通过第二数据传输线与所述控制单元信号连接；
所述控制单元，配置用于通过第二数据传输线向所述解调单元发送测试指令信号；
所述解调单元，配置用于接收所述测试指令信号，并根据接收到的所述测试指令信号对所述传感单元采集的信息进行采样得到光谱信号，并将所述光谱信号转换成电信号通过第二数据传输线发送至所述控制单元；
所述控制单元，还配置用于对接收到的电信号进行数据处理，并按照预设条件对原始数据和处理后的数据进行分类存储和显示。
2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，所述解调单元包括探测器阵列和AD转换器；所述探测器阵列包括多个探测器；所述探测器的型号为512Pixel线型InGaAs探测器；所述探测器的最大行频为8KHz；所述AD转换器的频率为15MHz。
3.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，多个所述FBG传感器相互串联。
4.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，多个所述FBG传感器形成传感器阵列。
5.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，各个所述FBG传感器的中心波长互不相同；每个所述FBG传感器的中心波长分布范围为1510-1590nm。
6.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，所述第一数据传输线为光纤；所述解调单元包括光纤接口；所述第一数据传输线的一端插接在所述光纤接口内。
7.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，所述第二数据传输线为USB线；所述解调单元包括USB接口；所述第二数据传输线的一端插接在所述USB接口内。
8.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，所述解调单元包括VPG光栅。
9.根据权利要求1所述的基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统，其特征在于，所述传感单元通过粘贴或螺接的方式固定在所述航天器的表面。
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