CN207396629U - 一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置，包括：载荷模拟设备，用于使用多个加热片中至少一个加热片来模拟科学实验柜中多个科学实验设备中的每个科学实验设备的功率消耗，按照每个加热片的功率将多个加热片分配为至少一组并且将每组加热片放置在独立的冷板上，以实现对每个科学实验设备的发热模拟；在每块冷板的一侧和另一侧均附着至少一路温度传感器；每块冷板均通过独立的水冷支路进行散热；模拟控制设备，根据所接收的科学实验柜内每个科学实验设备的功率参数为每个科学实验设备选择一个或多个加热片，指示载荷模拟设备根据继电器的断开或连通状态控制多个加热片进行功率输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及模拟测试技术，更具体地，涉及一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置。
背景技术
空间站主要是利用太空的特殊环境(例如辐射、真空、微重力)进行地面无法进行的科学实验。越来越多的科学实验促进了医药、生物、环境科学等方面的发展，并加深了人类对宇宙的了解。为了人能够长期适应太空环境，在空间站上也进行了很多有关人体在太空中变化的实验。
由于科学实验柜在研制过程中出现科学实验系统和支撑系统研制进度不同步的情况，科学实验系统因为研制任务难度较大会出现热控及电性件交付延后的现象，为了保证空间应用系统内的各级测试，需要在科学实验系统交付前使用载荷模拟器对科学实验系统供电接口、数据接口、测控接口、工作模式等功能项进行载荷模拟测试。
因此，需要一种技术，以解决对空间站科学实验柜进行载荷测试的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置，以解决如何对空间站科学实验柜进行载荷模拟测试的问题。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置，所述空间站科学实验柜用于容纳在空间站内进行科学实验的多个科学实验设备，所述装置包括：
载荷模拟设备，用于使用多个加热片中至少一个加热片来模拟所述科学实验柜中多个科学实验设备中的每个科学实验设备的功率消耗，按照每个加热片的功率将所述多个加热片分配为至少一组并且将每组加热片放置在独立的冷板上，以实现对所述每个科学实验设备的发热模拟；在所述每块冷板的一侧和另一侧均附着至少一路温度传感器；所述每块冷板均通过独立的水冷支路进行散热，从而在所述每个科学实验设备进行发热模拟后实现对所述冷板的温度进行控制；
模拟控制设备，根据所接收的科学实验柜内每个科学实验设备的功率参数为每个科学实验设备选择一个或多个加热片，并且确定与所使用的加热片连接的继电器的断开或连通状态，指示载荷模拟设备根据继电器的断开或连通状态控制多个加热片进行功率输出；以及
所述模拟控制设备根据每块冷板的温度和所述科学实验柜内的运行温度确定载荷模拟设备的运行状态，并且根据所述运行状态来控制水冷却支路对所述载荷模拟设备进行水冷散热的排热量；
漏热生成设备，用于根据所述科学实验柜的漏热参数，通过漏热加热片进行漏热功率输出以模拟所述科学实验柜的运行温度；以及
温度采集设备，根据对所述温度传感器的测量来确定载荷模拟设备内每块冷板的温度，并且通过温度传感器测量所述科学实验的运行温度，将每块冷板的温度和所述科学实验柜内的运行温度发送给模拟控制设备。
优选地，所述模拟控制设备还包括多路集电极开路接口OC，所述集电极开路接口OC用于控制所述加热片的断开或连通状态。
优选地，所述加热片至少与4路28V电源输入相连接，或所述加热片至少与4路100V电源输入相连接。
优选地，所述每路28V电源输入的所述加热片最大总热耗为140W，并且所述4路28V电源输入所述加热片最大热耗总和为440W；所述每路28V电源输入所述加热片最大功耗的调节精度小于20W。
优选地，所述4路100V中的1路电源输入所述加热片最大总热耗为1200W，并且所述3路100V电源输入所述加热片最大热耗总和为500W；所述每路100V电源输入所述加热片最大功耗的调节精度小于20W。
优选地，所述每块冷板在如下所述的水冷支路条件下的散热量大于700W；
所述每路冷却支路流体回路入口流体温度为19℃至28℃；所述每路冷却支路流体液体回路的总设计最大流量为90L/hr；所述每路冷却支路流体回路最大流阻小于15kPa。
优选地，所述装置通过支耳连接于空间站科学实验柜背板。
优选地，所述装置通过多个加热片，实现不同功率的漏热功率输出。
优选地，所述多个加热片的输出功率按等比数列进行设计，所述加热片的最小输出功率为5W。
优选地，所述多个加热片的输出功率按等差数列进行设计，所述加热片的最小输出功率为5W。
优选地，所述加热片直接贴装在所述冷板表面，所述加热片外部加装隔热材料。
优选地，所述实现对所述每个科学实验设备发热模拟后所述冷板的温度进行控制包括：将所述冷板的温度控制为不超过45℃。
优选地，所述温度传感器采样精度为±1℃，所述温度传感器采样周期为500ms。
优选地，所述温度传感器为MF501热敏电阻。
本申请技术方案提出的一种用于空间站科学实验柜进行热测试的装置，解决了空间站科学实验柜在研制过程中出现科学实验设备和支撑设备研制进度不同步的情况，科学实验设备因为研制任务难度较大会出现热控及电性件交付延后的现象，保证了空间应用装置内的各级测试。本实用新型的技术方案在科学实验设备交付前使用载荷模拟测试装置对科学实验设备供电接口、数据接口、测控接口、工作模式等功能项进行仿真模拟，解决了在科学实验设备未交付前，对科学试验设备的载荷进行测试的问题。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：
图1为根据本实用新型一实施方式的一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置的结构示意图；
图2-1，2-2，2-3，2-4为根据本实用新型一实施方式的冷板上加热片分布示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本实用新型一实施方式的一种用于空间站科学实验柜进行模拟(例如，载荷模拟)测试的装置结构示意图。本实用新型实施方式的一种用于空间站科学实验柜进行载荷模拟(也可以被称为，热模拟)测试的装置包括载荷模拟设备102和模拟控制设备101，其中模拟控制设备101包括接口模拟单元101-1，采集控制单元101-2，继电器板101-3，电源板101-4。模拟控制设备101根据所接收的科学实验柜内每个科学实验设备的功率参数为每个科学实验设备选择一个或多个加热片，并且确定与所使用的加热片连接的继电器的断开或连通状态，指示载荷模拟设备根据继电器的断开或连通状态控制多个加热片进行功率输出，通过加热片实现载荷热模拟。载荷模拟设备102包括冷板102-1，加热片102-2，温度传感器102-3，漏热加热片102-4，载荷模拟设备102通过加热片实现功率输出，同时支持通过漏热加热片对漏热的模拟，并可对加热片的温度进行采集。如图1所示，一种用于对空间站科学实验柜进行载荷模拟测试的装置，空间站科学实验柜用于容纳在空间站内进行科学实验的多个科学实验设备，装置包括：
载荷模拟设备102，载荷模拟设备主要包括三个部分，第一部分主要用于模拟器电控部分冷却，由一块机箱冷板组成；第二部分则是用来模拟载荷的电功耗，由贴加热片的冷板组构成，外部由隔热材料进行包覆，保证热量全部由水冷散热；第三部分则是贴于设备表面的加热片，主要用于漏热的模拟。
载荷模拟设备用于使用多个加热片中至少一个加热片来模拟科学实验柜中多个科学实验设备中的每个科学实验设备的功率消耗，按照每个加热片的功率将多个加热片分配为至少一组并且将每组加热片放置在独立的冷板上，以实现对每个科学实验设备的发热模拟；在每块冷板的一侧和另一侧均附着至少一路温度传感器；每块冷板均通过独立的水冷支路进行散热，从而在每个科学实验设备进行发热模拟后实现对冷板的温度进行控制。
本实用新型的实施方式通过功率输出单元将实验设备的供电接口进行控制输出，功率输出单元的后端连接不同功率的加热片，加热片包括48路，最大可支持64路加热片。通过继电器的能断组合，模拟实际载荷不同工况的发热情况，功率输出单元的输出功率受模拟控制设备101控制信号的控制。通过将加热片直接贴在冷板表面，外部加装隔热材料，保证加热片的热量通过冷板内循环液体带走，保证实验设备运行的安全。
优选地，本实用新型的实施方式加热片至少与4路28V电源输入相连接，或加热片至少与4路100V电源输入相连接。
优选地，本实用新型的实施方式中每路28V电源输入的加热片最大总热耗为140W，并且4路28V电源输入加热片最大热耗总和为440W；每路28V电源输入加热片最大功耗的调节精度小于20W。
优选地，本实用新型的实施方式中4路100V中的1路电源输入加热片最大总热耗为1200W，并且3路100V电源输入加热片最大热耗总和为500W；每路100V电源输入加热片最大功耗的调节精度小于20W。
优选地，本实用新型的实施方式中的多个加热片的输出功率按等比数列进行设计，加热片的最小输出功率为5W。
优选地，本实用新型的实施方式中的多个加热片的输出功率按等差数列进行设计，加热片的最小输出功率为5W。
表1-1为100V加热片功率设计示意图：
表1-1
表1-2为28V加热片功率设计示意图：
表1-2
如图2-1，2-2，2-3，2-4所示，为48个加热片在冷板上的布局。本实用新型实施方式的布局的主旨是将各个加热片的均匀分布在各个冷板及冷板的两侧，在具体使用时由主控电保证所开加热片的热量均匀分布在两个支路，使两个支路上水温尽量详尽，避免一个支路加载的热耗过大，使得两个支路压差过大，保证整个装置的安全性。
漏热加热片尺寸及功耗设计，主要是为了满足后续实验柜整柜漏热指标，即整柜峰值功耗的2％，5％，8％，其漏热功耗为30W，75W和120W，漏热加热片的电源电压为100V，其设计如表2：
| 尺寸/mm | 功耗/W | |
| 加热片1 | 70*60 | 30 |
| 加热片2 | 102*60 | 45 |
| 加热片3 | 102*60 | 45 |
表2
优选地，本实用新型的实施方式中的加热片直接贴装在冷板表面，加热片外部加装隔热材料。
优选地，本实用新型的实施方式中的每块冷板在如下的水冷支路条件下的散热量大于 700W。本实用新型的实施方式中，载荷模拟设备由机柜热控抽屉提供两路冷却水路，其中一路可以为包括加热片的两块冷板相连接，另外一路可以为一块机箱冷板与包括加热片的两块冷板相连。
每路冷却支路流体回路入口流体温度为19℃至28℃；每路冷却支路流体液体回路的总设计最大流量为90L/hr；每路冷却支路流体回路最大流阻小于15kPa。本实用新型的实施方式，通过水冷，将实验设备载荷产生的热量进行输导，以实现对实验柜温度进行控制，保证实验设备进行测试实验的环境温度。
优选地，实现对每个科学实验设备发热模拟后冷板的温度进行控制包括：将冷板的温度控制为不超过45℃。
优选地，模拟控制设备101包括电源板101-4，用于提供多路28V电源接口和多路100V 电源接口。
模拟控制设备101，模拟控制设备101主要是实现功率输出的控制及温度的采集功能，本实用新型实施方式的模拟控制设备101可以包括48路继电器开4路接口OC及24路温度采集功能，后续集电极接口OC路数可扩展到64路，同样采用载板加子板的形式完成设计。接口模拟单元101-1采用4个独立的模块进行模拟，每个模块模拟2路网口、2路RS422、4 路数字量输入DI、2路数字量转模拟量DA，同时每个接口模拟单元还提供1路RS422与采集控制单元进行通讯。其整体结构设计采用载板加子板的形式完成。
集电极开路接口OC用来控制继电器板卡，实现功率输出的控制，采用光耦MOS管作为输出隔离芯片。
优选地，模拟控制设备101还包括多路集电极接口OC，集电极接口OC用于控制加热片的断开或连通状态。
模拟控制设备101，根据所接收的科学实验柜内每个科学实验设备的功率参数为每个科学实验设备选择一个或多个加热片，并且确定与所使用的加热片连接的继电器的断开或连通状态，指示载荷模拟设备根据继电器的断开或连通状态控制多个加热片进行功率输出。
继电器板101-3与采集控制单元101-2配合使用，主要用于调节各路电源输出的总功率，继电器板101-3采用集电极接口OC信号控制电源继电器通断的方式进行功率控制。该控制方式具有稳定性好，装置功耗低等优点。
模拟控制设备101包括电源板101-4，电源板将DC100V转换成DC12V，为装置中所有控制设备供电，包括：8个接口模拟单元，1个采集控制单元，2块继电器板101-3。
模拟控制设备根据每块冷板102-1的温度和科学实验柜内的运行温度确定载荷模拟设备的运行状态，并且根据运行状态来控制水冷却支路对载荷模拟设备进行水冷散热的排热量。
漏热生成设备，用于根据科学实验柜的漏热参数，通过漏热加热片102-4进行漏热功率输出以模拟科学实验柜的运行温度。优选地，通过多个加热片，实现不同功率的漏热功率输出。
优选地，温度采集设备102-3，根据对温度传感器的测量来确定载荷模拟设备内每块冷板的温度，并且通过温度传感器测量科学实验的运行温度，将每块冷板的温度和科学实验柜内的运行温度发送给模拟控制设备。本实用新型实施方式中，每块冷板上下两面各粘贴2路温度传感器进行温度采集。
优选地，温度传感器采样精度为±1℃，温度传感器采样周期为500ms。
优选地，温度传感器为MF501热敏电阻。
优选地，根据本实用新型的实施方式，装置通过支耳连接于空间站科学实验柜背板。
本实用新型实施方式的载荷模拟设备102能够接收模拟控制设备101的供电输入，并模拟各供电的载荷状态，并且能够通过控制指令控制各路模拟载荷，即加热片的开断。本实用新型的实施方式的载荷模拟设备102通过接收热控抽屉的供液输入，并能实现模拟载荷供电负载散热。实现了各种载荷模拟实验的测试。
已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的装置，所述空间站科学实验柜用于容纳在空间站内进行科学实验的多个科学实验设备，所述装置包括：
载荷模拟设备，用于使用多个加热片中至少一个加热片来模拟所述科学实验柜中多个科学实验设备中的每个科学实验设备的功率消耗，按照每个加热片的功率将所述多个加热片分配为至少一组并且将每组加热片放置在独立的冷板上，以实现对所述每个科学实验设备的发热模拟；在所述每块冷板的一侧和另一侧均附着至少一路温度传感器；所述每块冷板均通过独立的水冷支路进行散热，从而在所述每个科学实验设备进行发热模拟后实现对所述冷板的温度进行控制；
模拟控制设备，根据所接收的科学实验柜内每个科学实验设备的功率参数为每个科学实验设备选择一个或多个加热片，并且确定与所使用的加热片连接的继电器的断开或连通状态，指示载荷模拟设备根据继电器的断开或连通状态控制多个加热片进行功率输出；以及
所述模拟控制设备根据每块冷板的温度和所述科学实验柜内的运行温度确定载荷模拟设备的运行状态，并且根据所述运行状态来控制水冷却支路对所述载荷模拟设备进行水冷散热的排热量；
漏热生成设备，用于根据所述科学实验柜的漏热参数，通过漏热加热片进行漏热功率输出以模拟所述科学实验柜的运行温度；以及
温度采集设备，根据对所述温度传感器的测量来确定载荷模拟设备内每块冷板的温度，并且通过温度传感器测量所述科学实验的运行温度，将每块冷板的温度和所述科学实验柜内的运行温度发送给模拟控制设备。
2.根据权利要求1所述的装置，所述模拟控制设备还包括多路集电极开路接口OC，所述集电极开路接口OC用于控制所述加热片的断开或连通状态。
3.根据权利要求1所述的装置，所述加热片至少与4路28V电源输入相连接，或所述加热片至少与4路100V电源输入相连接。
4.根据权利要求3所述的装置，所述每路28V电源输入的所述加热片最大总热耗为140W，并且所述4路28V电源输入所述加热片最大热耗总和为440W；所述每路28V电源输入所述加热片最大功耗的调节精度小于20W。
5.根据权利要求3所述的装置，所述4路100V中的1路电源输入所述加热片最大总热耗为1200W，并且所述3路100V电源输入所述加热片最大热耗总和为500W；所述每路100V电源输入所述加热片最大功耗的调节精度小于20W。
6.根据权利要求1所述的装置，所述每块冷板在如下所述的水冷支路条件下的散热量大于700W；
所述每路冷却支路流体回路入口流体温度为19℃至28℃；所述每路冷却支路流体液体回路的总设计最大流量为90L/hr；所述每路冷却支路流体回路最大流阻小于15kPa。
7.根据权利要求1所述的装置，所述装置通过支耳连接于空间站科学实验柜背板。
8.根据权利要求1所述的装置，所述装置通过多个加热片，实现不同功率的漏热功率输出。
9.根据权利要求1所述的装置，所述多个加热片的输出功率按等比数列进行设计，所述加热片的最小输出功率为5W。
10.根据权利要求1所述的装置，所述多个加热片的输出功率按等差数列进行设计，所述加热片的最小输出功率为5W。
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Cited By (2)
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| CN109731624A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-10 | 北京航空航天大学 | 一种基于半导体热泵的科学实验柜高精度双级控温系统 |
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| CN109696587B (zh) * | 2017-10-23 | 2023-12-08 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种用于对空间站科学实验柜进行模拟测试的系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180522 Effective date of abandoning: 20231208 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
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