CN215949675U - 一种火箭发动机数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种火箭发动机数据采集系统。该数据采集系统包括测量接口、信号调理模块、总线连接模块、控制模块、上位机系统以及用于为整个采集系统供电的电源模块。测量接口用于与发动机各个测量点连接，其内部设有多条测量通路。信号调理模块与所述测量接口相互通讯连接，用于切换相应的测量通路，并用于接收和处理相应测量通路的测量数据。总线连接模块与所述信号调理模块相互通讯连接，用于传输数据和控制信号。控制模块与所述总线连接模块相互通讯连接，用于下发指令控制所述信号调理模块切换相应的测量通路。上位机系统与所述控制模块相互通讯连接，用于下发数据采集指令，并用于显示和保存经所述测量通路采集的测量数据。

Description

一种火箭发动机数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及火箭发动机试车技术领域，特别是涉及一种用于火箭发动机试车过程的火箭发动机数据采集系统。

背景技术

火箭发动机试验是在研发及验证火箭发动机时必不可少的重要过程。通过发动机试验，可以对发动机的各项数据进行验证，检测发动机各项性能是否达到标准。数据采集和过程记录是试验工作的关键内容，有效的数据采集能够实现过程信息的快速溯源。目前发动机试验普遍使用的数据采集系统为单一测量通道，当需要采集同一测量点的其他信号时需要在该测量点位置另外连接多条线路。而火箭发动机试验本身就存在测量点多、测量信号种类多的特点，所以目前的发动机数据采集系统存在连接线多、现场布局杂乱和装拆、替换工作量大等问题。

因此，提供一种集成化火箭发动机数据采集系统是目前要解决的问题。

实用新型内容

为解决相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种火箭发动机数据采集系统，通过将与发动机测量点数量匹配的测量接口与发动机各测量点连接，每个测量接口分别设置多条测量通路，并利用控制模块发出指令使信号调理模块做出切换动作，完成各测量接口所接通的测量通路的选择，真正实现了利用一套数据采集系统完成了火箭发动机不同位置不同测量信号的采集。本实用新型的数据采集系统可以将采集的数据发送至上位机进行显示和储存，实现了记录设备的集成化，相对于传统的采集数据的形式更加方便灵活。

本实用新型提供了一种火箭发动机数据采集系统。该数据采集系统包括测量接口、信号调理模块、总线连接模块、控制模块、上位机系统以及用于为整个采集系统供电的电源模块。所述测量接口用于与发动机各个测量点连接，其内部设有多条测量通路。信号调理模块与所述测量接口相互通讯连接，用于切换相应的测量通路，并用于接收和处理相应测量通路的测量数据。总线连接模块与所述信号调理模块相互通讯连接，用于传输数据和控制信号。控制模块与所述总线连接模块相互通讯连接，用于下发指令控制所述信号调理模块切换相应的测量通路。上位机系统与所述控制模块相互通讯连接，用于对所述控制模块下发数据采集指令，并用于显示和保存经所述测量通路采集的测量数据。电源模块用于为整个采集系统供电。

在一个实施例中，所述测量通路至少包括应变测量通路、电压测量通路、电流测量通路和温度测量通路。

在一个实施例中，所述信号调理模块包括用于切换所述应变测量通路、所述电压测量通路、所述电流测量通路和所述温度测量通路的超低导通电阻多路复用器；所述超低导通电阻多路复用器在所述信号调理模块的控制下，切换相应的测量通路。

在一个实施例中，所述信号调理模块还包括：与所述应变测量通路连通的应变信号调理回路，与所述电压测量通路连通的电压信号调理回路，与所述电流测量通路连通的电流信号调理回路，和与所述温度测量通路连通的温度信号调理回路。

在一个实施例中，所述信号调理模块还包括：用于选择所述应变信号调理回路、所述电压信号调理回路、所述电流信号调理回路和所述温度信号调理回路的模拟开关，以及用于对所述模拟开关选择的调理回路中的数据进行进一步调理的第二信号调理回路。

在一个实施例中，所述信号调理模块还包括与所述第二信号调理回路通讯连接的高速模数转换器，以及与所述高速模数转换器通讯连接的数字滤波器。所述高速模数转换器用于将所述第二信号调理回路中的数据进行模数转换，并利用所述数字滤波器对已经转换为数字信号的数据进行滤波。

在上述实施例中，所述数字滤波器根据各所述测量通路的采样率分别设置相应的滤波频率。

在一个实施例中，本实用新型还包括并联设置于所述控制模块的多个所述信号调理模块；其中各所述信号调理模块还分别与多个所述测量接口通讯连接。

在一个实施例中，所述上位机系统具有人机交互界面，用于人为控制所述测量接口的工作状态和测量模式，并用于显示被采集信号的波形。

在一个实施例中，所述上位机系统通过有线网络或WIFI无线网络与所述控制模块进行数据交互。

本实用新型的发动机数据采集系统至少具有如下之一的技术效果：

(1)本实用新型提出的一种火箭发动机数据采集系统，可以同时采集多个测量点的多种不同的信号，增加了数据采集系统的集成度，优化了布局，并大幅减少了测试人员的工作量。

(2)本实用新型提出的一种火箭发动机数据采集系统，可以直接通过同步信号接口在控制模块并联设置多个信号调理模块，每个信号调理模块外接多个测量接口，从而可以实现利用一套数据采集系统同时测量并采集发动机所有测量点。

(3)本实用新型提出的一种火箭发动机数据采集系统，可以通过上位机系统的界面选择并控制各个测量通道的工作模式和条件，可以通过测试需要选择相应接口的测量模式。且每个测量接口采集的数据可以通过网络上传至上位机系统进行备份，也可以在上位机系统的软件中直观的查看各个测量点实时信号波形。

在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的火箭发动机数据采集系统的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的信号调理模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

现有的高精度测量及数据采集设备，大多功能单一且测量通道数量少。在火箭发动机的测试过程中，需要实时测量并采集很多种类的信号类型(包括电压/电流/应变/温度等)，并且测试点数量往往多达千个。如果在火箭发动机试验过程中使用分立的仪器，势必会造成设备繁多且杂乱、测试连接线较多、测试人员维护工作量大等问题，并且不同采集类型的装置实现信号同步比较困难，易导致多个采集装置的采集时刻不一致，容易产生明显的测量误差。

参见图1，本实用新型提供的一种火箭发动机数据采集系统，包括测量接口1、信号调理模块2、总线连接模块3、控制模块4、上位机系统5以及用于为整个采集系统供电的电源模块6。测量接口1用于与发动机各测量点连接，其内部设有多条测量通路，测量通路的选择由信号调理模块2控制。多个测量通路集成设置于同一测量接口，整个采集系统可以根据发动机试验需求选择相应测量通路，且在装配或拆除时，可以只控制测量接口的拆装，明显减少了工作人员的工作量，同时集成化的系统也便于数据采集系统的拆装。

信号调理模块2与测量接口1相互通讯连接，接收到由控制模块4下发的指令后做出相应的切换选择，使测量接口1选择相应的测量通路接通，并将相应测量通路的测量数据进行处理并回传至控制模块4。总线连接模块3一端与信号调理模块2相互通讯连接，另一端与控制模块4相互通讯连接。总线连接模块3作为数据传输的总线，主要用于向信号调理模块2下发由控制模块4发出的控制指令，并将信号调理模块2处理完成的数据回传至控制模块4。控制模块4还与上位机系统5相互通讯连接。

上位机系统5可以根据需要选择每个测量接口1的测量模式(测量通路)，并将数据采集指令实时发送给控制模块4，控制模块4根据上位机系统5的选择将数据采集指令下发至信号调理模块2。上位机系统5还可以用于显示相应测量通路采集的测量数据，从而可以直观的了解到发动机每个测量位置的实时状态。上位机系统5接收到数据后还可以将数据保存。电源模块6通常与总线连接模块3连接，并利用总线连接模3块为将电传输至整个采集系统。

其中，一个信号调理模块可以设置1至6个测量接口，也就是说一个信号调理模块最多可以控制6个测量接口的测量模式选择。

需要说明的是，本实用新型实施例的数据采集系统可以根据火箭发动机各测试点的测试需求配置相应的测量通路，也就是说每个测量接口对应的测量通路可以不完全一致，可以根据发动机测试点的测试要求配置一个或多个测量通路。

本实用新型实施例的火箭发动机数据采集系统，通过在火箭发动机各个测量点分别设置测量接口，每个测量接口分别设置多条测量通路，每个测量接口的各测量通道采集的数据信号可以不同，可以在上位机系统的选择下，利用控制模块发出选择指令使信号调理模块对各测量接口做出切换测量通路的动作，进而完成各测量接口对应测量通路的切换，真正的实现了利用一套数据采集系统完成不同位置不同测量信号的采集，且具有较高的测试效率。整个数据采集系统布局紧凑、整体结构精简、集成化高，可以大规模应用于火箭发动机试验。

参见图2，在一个实施例中，为了满足发动机各测量点的测量模式需求，测量通路至少包括应变测量通路71、电压测量通路72、电流测量通路73和温度测量通路74。例如，电压测量通路72和电流测量通路73可以用于检测发动机电磁阀和其他气动阀门的开关状态，通过测量每个阀门的电压和电流判断阀门的开启和关闭，从而可以在上位机系统显示和保存电磁阀电流数据与气动阀门开关状态数据。例如，在发动机进行震动试验时，可以利用应变测量通路71测量各关键位置的应变量。

在一个实施例中，信号调理模块包括用于切换应变测量通路71、电压测量通路72、电流测量通路73和温度测量通路74的超低导通电阻多路复用器21。超低导通电阻多路复用器21在信号调理模块的控制下，切换相应的测量通路，使测量接口内的被选择的测量通路与信号调理模块连通，从而可以通过被选择的测量通路得到相应的测量数据，并回传至信号调理模块。

本实用新型实施例的火箭发动机数据采集系统，利用设置于信号调理模块内的超低导通电阻多路复用器，根据需要采集的数据信号选择相应的测量通路，使被选择的测量通路通过测量接口与信号调理模块连通，以将相应测量通路的测量数据被采集后回传。

鉴于每个测量通路采集的数据类型不同，则信号调理模块对不同类型的数据信号应配置不同的调理回路。例如调理模块还包括：与应变测量通路71连通的应变信号调理回路221，与电压测量通路72连通的电压信号调理回路222，与电流测量通路73连通的电流信号调理回路223，和与温度测量通路74连通的温度信号调理回路224。

本实用新型实施例的火箭发动机数据采集系统，可以在信号调理模块内配置与各测量通路匹配的信号调理回路。需要说明的是，当电流测量通路被连通时，电流数据被采集回传至信号调理模块内的电流信号调理回路。电流信号可以经过高精度低温飘采样电阻转换成电压信号，再通过电压信号调理回路将转换的电压数据上传。通过各信号调理回路对相应测量通路采集的数据进行初次调理，从而可以使采集的信号更完整、精确。

继续参见图2，在上述实施例中，信号调理模块还包括：用于选择应变信号调理回路221、电压信号调理回路222、电流信号调理回路223和温度信号调理回路224的模拟开关23，以及用于对模拟开关23选择的调理回路中的数据进行进一步调理的第二信号调理回路24。模拟开关23一端与第二信号调理回路24通讯连接，另一端用于与应变信号调理回路221或电压信号调理回路222或电流信号调理回路223或温度信号调理回路224连接。也就是说，模拟开关23的动作与超低导通电阻多路复用器21的动作一致。当模拟开关选择连通电压信号调理回路222时，相应地，超低导通电阻多路复用器21也会选择与电压测量通路72连通。

例如，控制模块下发了电流数据采集指令，则模拟开关23选择与电流信号调理模块223通讯连通，同时超低导通电阻多路复用器21选择电流测量通路73。电流测量通路73的采集数据依次通过超低导通电阻多路复用器21、电流信号调理回路223和模拟开关23后，进入第二信号调理回路24进行进一步的调理。

进一步的，在一个实施例中，信号调理模块还包括与第二信号调理回路通讯连接的高速模数转换器25，以及与高速模数转换器25通讯连接的数字滤波器26。高速模数转换器25用于将第二信号调理回路24中的数据进行模数转换，并利用数字滤波器26对已经转换为数字信号的数据进行滤波。

在上述实施例中，数字滤波器26根据各测量通路的采样率分别设置了相应的滤波频率，保证每个不同类型的测量数据都可以得到与之相适应的滤波过程，从而可以将采集得到的信号还原成为原始信号。

在一个实施例中，本实用新型还包括并联设置于控制模块的多个信号调理模块。各信号调理模块分别利用同步信号接口与控制模块连接。具体地，各信号调理模块可以通过总线连接模块与设置于控制模块的同步信号接口连接。本实用新型实施例的发动机数据采集系统，通过增加信号调理模块的数量，使测量接口数量成倍增加，从而可以完全覆盖火箭发动机的所有测量点，真正实现了利用一套数据采集系统完成整个发动机全部对应测量点的数据采集。在火箭发动机试验过程中，当需要设置更多的测量接口或测量通路时，可以在本实用新型的数据采集系统的控制模块利用同步信号接口连接多个信号调理模块，从而可以根据测量点数量需求增加相应数量的测量接口。其中，同步信号可以由控制模块产生。

在一个实施例中，上位机系统具有人机交互界面，可以人为控制各测量接口的工作状态及选择测量模式，并用于显示被采集信号的波形。具体地，可以在上位机系统的人机交互界面选择各测量接口对应的测量通路，并将选择指令下传至控制模块，控制模块接收上位机系统的指令后，通过总线连接模块下发给信号调理模块，信号调理模块完成对相应测量通路测试信号的处理后，将测试数据通过总线连接模块发送给控制模块，并回传至上位机系统。测量得到的数据在上位机系统中实时显示并保存。

进一步地，上位机系统可以通过有线网络或WIFI无线网络与控制模块进行数据交互。其中有线网络可以采用千兆网，具有传输速度快的优点。

上述实施例可以彼此结合，且具有相应的技术效果。

本实用新型提出一种火箭发动机数据采集系统，通过将多个测量接口设置于发动机各测量点，每个测量接口分别设置多条测量通路，并利用控制模块发出指令使信号调理模块做出切换动作，完成各测量接口所接通的测量通路的选择，真正实现了利用一套数据采集系统完成了火箭发动机不同位置不同测量信号的采集。本实用新型的数据采集系统可以将采集的数据发送至上位机进行显示和储存，实现了记录设备的集成化，相对于传统的采集数据的形式更加方便灵活。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火箭发动机数据采集系统，其特征在于，包括：

测量接口，用于与发动机各测量点连接，其内部设有多条测量通路；

信号调理模块，与所述测量接口相互通讯连接，用于切换相应的测量通路，并用于接收和处理相应测量通路的测量数据；

总线连接模块，与所述信号调理模块相互通讯连接，用于传输数据和控制信号；

控制模块，与所述总线连接模块相互通讯连接，用于下发指令控制所述信号调理模块切换相应的测量通路；

上位机系统，与所述控制模块相互通讯连接，用于对所述控制模块下发数据采集指令，并用于显示和保存经所述测量通路采集的测量数据；

以及电源模块，用于为整个采集系统供电。

2.根据权利要求1所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述测量通路至少包括应变测量通路、电压测量通路、电流测量通路和温度测量通路。

3.根据权利要求2所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述信号调理模块包括用于切换所述应变测量通路、所述电压测量通路、所述电流测量通路和所述温度测量通路的超低导通电阻多路复用器；所述超低导通电阻多路复用器在所述信号调理模块的控制下切换相应的测量通路。

4.根据权利要求3所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述信号调理模块还包括：与所述应变测量通路连通的应变信号调理回路，与所述电压测量通路连通的电压信号调理回路，与所述电流测量通路连通的电流信号调理回路，和与所述温度测量通路连通的温度信号调理回路。

5.根据权利要求4所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述信号调理模块还包括：用于选择所述应变信号调理回路、所述电压信号调理回路、所述电流信号调理回路和所述温度信号调理回路的模拟开关，以及用于对所述模拟开关选择的调理回路中的数据进行进一步调理的第二信号调理回路。

6.根据权利要求5所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述信号调理模块还包括与所述第二信号调理回路通讯连接的高速模数转换器，以及与所述高速模数转换器通讯连接的数字滤波器；

所述高速模数转换器用于将所述第二信号调理回路中的数据进行模数转换，并利用所述数字滤波器对已经转换为数字信号的数据进行滤波。

7.根据权利要求6所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述数字滤波器根据各所述测量通路的采样率分别设置相应的滤波频率。

8.根据权利要求1所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，包括并联设置于所述控制模块的多个所述信号调理模块；其中各所述信号调理模块还分别与多个所述测量接口通讯连接。

9.根据权利要求1所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述上位机系统具有人机交互界面，用于控制所述测量接口的工作状态和测量模式，并用于显示被采集信号的波形。

10.根据权利要求9所述的火箭发动机数据采集系统，其特征在于，所述上位机系统通过有线网络或WIFI无线网络与所述控制模块进行数据交互。

Images