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一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，包括外壳，所述外壳内设置有主板、实时处理器、高速存储器、PCI插槽、用于采集航天动力系统在地面试时参数的模拟信号采集卡和数字信号采集卡，所述实时处理器、高速存储器和PCI插槽均与所述主板相连，所述模拟信号采集卡和数字信号采集卡通过PCI插槽与所述主板相连。本实用新型体积小、方便可靠，用于实时记录试车过程中的状态信息，进行实时数据处理和故障检测，并在完成试车任务后将数据卸载用于分析试车情况。
【专利说明】一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，尤其涉及一种对动力系统地面热试车中的工作状态进行实时数据采集与记录、故障检测与报警的装置。

【背景技术】
[0002]航天动力系统是当前国内外航天技术研宄的一大热点。作为航天运载器的“心脏”和核心动力装置，其对实现快速、可靠、廉价航天活动，开展大规�：教煊τ镁哂兄凉刂匾�的影响。
[0003]为获取动力系统的工作特性和可靠性等性能指标，并考量其是否达到航天器的总体要求，动力系统在交付正式使用前，需要经过大量的地面试车，具体包括可靠性试车、极限工况试车(长程、高工况〉、校准试车、多次起动试车、鉴定试车和抽检试车等。由于动力系统地面试车是以验证设计思想，解决、暴露设计缺陷为目的，因而在动力系统整个寿命周期内，其地面试车过程中故障发生的频率无疑是最高的，而且故障的发生和发展具有快速与破坏性极大等特点。因此，为有效保护动力系统地面试车过程中发动机、试车台以及人员设备的安全，避免危险性或灾难性事故的发生，迫切需要对动力系统试车工作状态参数实时采集与记录、故障检测与报警等状态监测技术进行研宄。
[0004]目前，针对航天器动力系统地面热试车的监测系统一般体积比较大、组成复杂、需要专业操作、可靠性较低、成本高。在实验过程中，还需要数十人进行同时操作、联试、处理数据，非常复杂，遇到问题往往依靠专家经验进行判断，时效较差。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是，针对航天动力系统地面热试车过程中测量参数种类多、起动过程参数变化剧烈等要求，提供一种体积小、方便可靠的实时状态监测装置，用于实时记录试车过程中的状态信息，进行实时数据处理和故障检测，并在完成试车任务后将数据卸载用于分析试车情况。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，包括外壳，所述外壳内设置有主板、实时处理器、高速存储器、？插槽、用于采集航天动力系统在地面试时参数的模拟信号采集卡和数字信号采集卡，所述实时处理器、高速存储器和插槽均与所述主板相连，所述模拟信号采集卡和数字信号采集卡通过插槽与所述主板相连。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进:
[0009]所述模拟信号采集卡的数量为三块，所述数字信号采集卡的数量为一块。
[0010]所述模拟信号采集卡和数字信号采集卡上均设置有信号输入接口，所述信号输入接口的输入电压范围为-5乂?—5乂。
[0011]所述主板上设置有两个…83.0接口、一个83232串口、两个10001以太网口。
[0012]所述外壳为合金外壳。
[0013]具体地，本实用新型中的主板采用深圳雷诺智能技术有限公司的嵌入式系统板卡八?30卜1，板卡包括内存大小为5121的8001?实时处理器，高速存储器，数据缓存传输接口，电源管理调节器，^88接口，83232串口，以太网口，实时处理器、数据缓存传输接口和高速存储器的工作电压为-3.37?3丨I电源管理调节器的功能是将抑?357的外接电源调节的-3.到 3.；
[0014]？01插槽包括主板插槽和数据采集卡接口，插槽采用犯公司9025可重构的机箱，用于连接主板和模拟信号采集卡；
[0015]模拟信号采集卡采用犯公司的9041，由稳压器、数据接口和独立双向缓存组成，数据接口用于连接插槽上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共8路采集通道且能同时采集，工作电压为价-5乂 ；
[0016]数字信号采集卡采用犯公司的9025，由数据接口、采集接口、多路传输调制器、增益放大器和模数转器组成，数据接口用于连接插槽上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共32路采集通道且能同时采集，工作电压为07-5乂。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018]本实用新型体积小，具有多通道大容量数据采集与记录的特点，采用高速大容量存储器，可以同时进行32路温度、压力、流量和转速等性能参数的实时记录与处理。监测仪安装有实时操作系统并集成数据采集和故障检测程序，系统组合简单，操作简便，成本低，可适用于动力系统试车过程的各种数据记录、参数的测量获取与故障检测等工作。另外，本实用新型采用大容量高速数据存储设备，记录数据可卸载，用于试车任务后的数据保存与分析。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0020]图1是本实用新型监测仪在具体实施例中框架示意图；
[0021]图2是本实用新型监测仪的剖面示意图；
[0022]图3是本实用新型监测仪的控制面示意图；
[0023]图4是本实用新型中系统主板的电路框图；
[0024]图5是本实用新型中？插槽示意图；
[0025]图6是本实用新型中模拟信号采集卡的电路框图；
[0026]图7是本实用新型中数字信号采集卡的电路框图；
[0027]图8是本实用新型中监测仪的工作流程图。
[0028]图中标号说明:1、外壳；2、工作指示灯；3、信号输入接口 ；4、实时处理器；5、高速存储器；6、主板；7、？01插槽；8、八通道模拟信号采集卡；9、八通道数字信号采集卡；10、以太网口 ； 11、尺3232 串口 ； 12、口383.0 接口。

【具体实施方式】
[0029]以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0030]参照图1?8，本实用新型提供一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，包括外壳1，外壳1内设置有主板6、实时处理器4、高速存储器5、？01插槽7、用于采集航天动力系统在地面试时参数的模拟信号采集卡和数字信号采集卡，实时处理器4、高速存储器5和插槽7均与主板6相连，模拟信号采集卡和数字信号采集卡通过插槽7与主板6相连。本实施例中采集卡为八通道模拟信采集卡8和八通道数字信号采集卡9，本实用新型体积小，具有多通道大容量数据采集与记录的特点，采用高速大容量存储器，可以同时进行32路温度、压力、流量和转速等性能参数的实时记录与处理。监测仪安装有实时操作系统并集成数据采集和故障检测程序，系统组合简单，操作简便，成本低，可适用于动力系统试车过程的各种数据记录、参数的测量获取与故障检测等工作。另外，本实用新型采用大容量高速数据存储设备，记录数据可卸载，用于试车任务后的数据保存与分析。
[0031]本实施例中，模拟信号采集卡的数量为三块，数字信号采集卡的数量为一块。
[0032]本实施例中，模拟信号采集卡和数字信号采集卡上均设置有信号输入接口 3，信号输入接口 3的输入电压范围为-研?—5乂。
[0033]本实施例中，主板6上设置有两个口383.0接口 12、一个尺3232串口 11、两个10001以太网口 10。
[0034]本实施例中，外壳1为合金外壳1。
[0035]图1是监测仪的框架结构示意图，其中实时处理器4、高速存储器5与？插槽7连接在嵌入式系统主板6上，其中三块模拟信号采集卡和一块数字信号采集卡连接在？插槽7上。监测仪采用外部电源供电的工作方式，由地面试车系统提供抑-35乂最大功率35评的工作电源。工作时，监测仪接收试车控制系统下发的开信号后接通电源，由实时处理器4对采集卡进行数据记录控制，并将采集到的数据记录在％高速存储器5上，并通过内置的程序对记录的数据进行实时处理和实时故障检测(程序见《液体火箭发动机地面试车实时故障检测算法》，航天控制，2008，26(1):74-78)。本实用新型数据装置包括3块八通道模拟信号采集卡8，用于采集电压和温度信号，1块八通道数字信号采集卡9用于记录转速和流量数据。采集通道可通过内置的程序在工作前进行配置，例如，16个通道采集压力数据，8个通道采集温度数据，3个通道记录转速，5个通道记录流量。还可以配置成12个通道记录压力，12个通道记录温度，4个通道记录转速，4个通道记录流量。监测仪的数据采集对象是动力系统各类传感器测量值，传感器的测量信号经由信号调理后由装置的数字和模拟信号采集卡实时记录在％高速存储器5上。
[0036]图2是监测仪的剖面结构示意图，本实用新型采用高强度合金外壳1，内部系统主板6上连接有实时处理器4、内置％高速存储器5，同时系统主板6上还有工作指示灯2、接口及插槽，主要包括两个口383.0接口 12、一个83232串口 11、两个10001以太网口 10插槽。八通道模拟信号采集卡8、和八通道数字信号采集卡9通过插槽7与主板6连接。其中信号输入接口 3的输入电压范围为-57?—5乂。
[0037]图3是监测仪的控制面主视图。其中前面板主要有10001以太网口 10、工作指示灯2、1？3232串口 11与两个…83.0接口 12。信号输入接口 3的输入电压范围为-5乂?十5乂。试车任务前以太网口 10用于连接主控电脑对监测仪进行采集通道配置；试车中以太网口10用于连接试车控制系统，接收开关控制信号；试车任务结束后，以太网口 10连接主控电脑对装置进行数据卸载控制。两个…83.0接口 12可用于数据拷贝，也可用于连接外部存储设备扩大存储空间。旧232串口 11可用于连接报警装置，当装置出现故障时可由控制器通过83232串口 11下发报警信号。
[0038]图4是系统主板6的电路框图。系统主板6采用深圳雷诺智能技术有限公司的嵌入式系统板卡仙30卜1，板卡包括内存(0狀1)大小为5121的8001?实时处理器4，高速存储器5，数据缓存传输接口，电源管理调节器，…8接口，83232串口 11，以太网口 10。处理器、数据缓存传输接口和高速存储器5的工作电压为-3.37?3丨I电源管理调节器的功能是将例?35乂的外接电源调节的-3.到3.抑。工作时，主板6通过插槽7与采集卡连接，采集卡采集数据实时写入缓存，实时处理器4对写入数据进行处理后写入高速存储器5。
[0039]图5是？插槽7示意图。主要包括主板插槽和数据采集卡接口，采用[公司9025可重构的？？以机箱。用于连接系统主板6和模拟信号采集卡。
[0040]图6是模拟信号采集卡电路框图。采用犯公司的9041，主要由稳压器、数据接口和独立双向缓存组成，数据接口用于连接插槽7上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共8路，可以同时采集，工作电压为仍-5乂。
[0041]图7是数字信号采集卡电路框图。采用[公司的9025，主要由数据接口、采集接口、多路传输调制器、增益放大器和模数转器组成，数据接口用于连接插槽7上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共32路，可以同时采集，工作电压为07-5乂。
[0042]图8是监测仪工作流程图。在监测仪工作之前根据需求配置采集参数，接好电源后等待开始采集信号。采集开始后，采集数据首先存入缓存，缓存存满后写入高速存储器5，处理器根据高速存储器5中记录的数据进行故障检测，判断是否故障。如果发生故障就通过处理器下发报警信号，如果没有故障则读取下一时刻数据进行检测。
[0043]本实用新型内置嵌入式操作系统，并可以根据不同需求编写相应的程序下载至本实用新型上，实现各种不同的采集记录与故障检测功能。
[0044]本实用新型数据装置的工作过程分为试车前配置、试车中实时检测和试车后数据卸载三个阶段:
[0045]1、试车任务前装置配置，根据传感器的类型和任务需要配置采集通道。
[0046]2、试车任务中，装置的以太网口 10与试车控制系统相连接，由控制系统下发脉冲信号控制装置开始和结束记录。具体为高电平信号控制装置开始工作，低电平信号控制装置结束工作。在进行数据记录的同时，通过内置的故障检测程序对采集数据进行检测，并判断动力系统工作情况，一旦发生故障通过83232串口 11下发报警信号。
[0047]3、试车任务结束后，装置的以太网口 10连接主控电脑，由电脑控制装置进行数据卸载。具体有两种卸载方式:
[0048]①通过以太网连接监测仪与主控电脑，电脑将监测仪识别为嵌入式系统，此时可以直接将数据通过网络回传给电脑；
[0049]②通过以太网连接监测仪与主控电脑，由主控电脑控制监测仪将数据拷贝到连接在装置…83.0接口 12上的存储设备。数据卸载完毕后可以清空记录数据，并重新配置监测仪为下次任务做好准备。
[0050]本实用新型涉及一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，用于动力系统地面试车过程中工作状态的实时采集与记录，通过内置程序进行状态监测，也可适用于其他动力系统试车中的数据记录与分析，并为故障检测与诊断提供数据支持。
【权利要求】
1.一种用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，包括外壳，其特征在于，所述外壳内设置有主板、实时处理器、高速存储器、PCI插槽、用于采集航天动力系统在地面试时参数的模拟信号采集卡和数字信号采集卡，所述实时处理器、高速存储器和PCI插槽均与所述主板相连，所述模拟信号采集卡和数字信号采集卡通过PCI插槽与所述主板相连。
2.根据权利要求1所述的用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，其特征在于，所述模拟信号采集卡的数量为三块，所述数字信号采集卡的数量为一块。
3.根据权利要求2所述的用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，其特征在于，所述模拟信号采集卡和数字信号采集卡上均设置有信号输入接口，所述信号输入接口的输入电压范围为-5V?+5V。
4.根据权利要求1所述的用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，其特征在于，所述主板上设置有两个USB3.0接口、一个RS232串口、两个1000M以太网口。
5.根据权利要求1所述的用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，其特征在于，所述外壳为合金外壳。
6.根据权利要求1所述的用于航天动力系统地面热试车的实时状态监测仪，其特征在于，主板采用深圳雷诺智能技术有限公司的嵌入式系统板卡APSDR-1，板卡包括内存大小为512M的800MHz实时处理器，高速存储器，数据缓存传输接口，电源管理调节器，USB接口，RS232串口，以太网口，实时处理器、数据缓存传输接口和高速存储器的工作电压为-3.3V?3.3V，电源管理调节器的功能是将9V?35V的外接电源调节的_3.3V到3.3V ； PCI插槽包括主板插槽和数据采集卡接口，PCI插槽采用NI公司9025可重构的FPGA机箱，用于连接主板和模拟信号采集卡； 模拟信号采集卡采用NI公司的9041，由稳压器、数据接口和独立双向缓存组成，数据接口用于连接PCI插槽上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共8路采集通道且能同时采集，工作电压为0V-5V ； 数字信号采集卡采用NI公司的9025，由数据接口、采集接口、多路传输调制器、增益放大器和模数转器组成，数据接口用于连接PCI插槽上的接口，每一路采集通道都是相互独立工作，一共32路采集通道且能同时采集，工作电压为0V-5V。
【文档编号】G01M15/00GK204214651SQ201420748176
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】吴建军, 聂侥, 刘洪刚, 程玉强, 黄强, 李艳军, 彭小辉 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学