專利名稱：用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及ー種用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)施的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的航天器振動(dòng)試驗(yàn)中，加速度控制方法得到了廣泛應(yīng)用。然而，該方法在航天器振動(dòng)試驗(yàn)過程中發(fā)生共振時(shí)引起的過試驗(yàn)問題卻越來越突出，結(jié)構(gòu)過試驗(yàn)會(huì)造成航天器上安裝的天線、太陽翼以及電源、各種敏感器等有效載荷分系統(tǒng)、部組件甚至是系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)等的損壞，降低航天器工作的可靠性和壽命。航天器力限制控制振動(dòng)試驗(yàn)是針對(duì)如何避免航天器結(jié)構(gòu)過試驗(yàn)問題進(jìn)行的工程應(yīng)用研究，該試驗(yàn)屬于ー種采用加速度和平面接ロカ值限制雙重控制方法，在非共振頻率區(qū)間使用加速度信號(hào)對(duì)振動(dòng)輸入條件進(jìn)行控制，而在共振頻率區(qū)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)臺(tái)與試驗(yàn)件之間平面接ロ測(cè)量的力值進(jìn)行條件限制控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度輸入的自動(dòng)下凹，從而可以很好地解決試驗(yàn)件(航天器系統(tǒng)、分系統(tǒng))在共振時(shí)的過試驗(yàn)問題，較真實(shí)地復(fù)現(xiàn)出試驗(yàn)件在發(fā)射狀態(tài)下的響應(yīng)情況，從而提高航天器力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證的有效性和可靠性。在力限制控制振動(dòng)試驗(yàn)中，必須首先實(shí)現(xiàn)平面接ロ的動(dòng)態(tài)カ參數(shù)測(cè)量，包括カ值和カ矩值兩種。通常使用多個(gè)壓電式三向力傳感器通過螺接安裝在試驗(yàn)夾具和試件之間組成測(cè)カ平臺(tái)，力信號(hào)處理系統(tǒng)就是對(duì)測(cè)カ平臺(tái)輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、衰減、濾波等處理，并可以對(duì)多個(gè)カ信號(hào)進(jìn)行加減乘除處理，得到分力、合力和力矩值。然而，目前并不存在ー種完善的力限控制振動(dòng)試驗(yàn)中使用的力信號(hào)處理系統(tǒng)以能夠準(zhǔn)確高效地獲得分力、合力和力矩值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將多個(gè)壓電式三向力傳感器的輸出信號(hào)處理成力限試驗(yàn)所需的カ信號(hào)、合力信號(hào)和カ矩信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)量和處理系統(tǒng)，以完成力限制振動(dòng)試驗(yàn)控制實(shí)施。解決カ限制控制技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)之一。本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，包括并聯(lián)設(shè)置的多臺(tái)電荷放大處理器以及與多臺(tái)電荷放大處理器分別電連接的一臺(tái)信號(hào)合成處理器，電荷放大處理器直接和與其對(duì)應(yīng)數(shù)量的壓電カ傳感器連接并給カ傳感器供電，同時(shí)將カ傳感器輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和歸ー化處理，電荷放大處理器包括放大器、濾波器、按鍵模塊和輸出端子，カ傳感器輸出的電荷信號(hào)依次通過放大器、濾波器并通過輸出端子輸出，按鍵模塊分別對(duì)放大器和濾波器進(jìn)行按鍵控制；信號(hào)合成處理器將電荷放大處理器傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算合成，并進(jìn)行相應(yīng)的衰減后進(jìn)行輸出，信號(hào)合成處理器包括運(yùn)算合成器、衰減器、鍵盤模塊和輸出端子組成，以達(dá)到多個(gè)カ傳感器三坐標(biāo)合力值和合カ矩值的實(shí)時(shí)輸出，電荷放大處理器的輸出信號(hào)依次通過運(yùn)算合成器、衰減器后通過輸出端子輸出，鍵盤模塊為運(yùn)算合成器和衰減器提供輸入指令。進(jìn)ー步地，電荷放大處理器可進(jìn)行傳感器靈敏度的連續(xù)調(diào)節(jié)，以適合不同靈敏度的壓電式カ傳感器。進(jìn)ー步地，電荷放大處理器可進(jìn)行カ作用點(diǎn)到支點(diǎn)兩個(gè)カ臂距離的輸入。進(jìn)ー步地，信號(hào)合成處理器中的鍵盤模塊還連接有顯示屏。進(jìn)ー步地,信號(hào)合成器的輸出端子輸出三個(gè)合力和三個(gè)合力矩。進(jìn)ー步地，所述壓電力傳感器為三向カ壓電カ傳感器。優(yōu)選地,所述動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)的最大輸入電荷為± 106pC ;最大輸出電壓
± IOV ;靈敏度輸入范圍:1.00pc/N 9. 99pc/N。優(yōu)選地,所述動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)的カ臂輸入范圍為I 999mm。優(yōu)選地，衰減器的衰減系數(shù)范圍為1% 99%。其中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的力信號(hào)加減合成輸出F1、F2、F3 ;F1、F2、F3均由任意路カ信號(hào)加減合成。其中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的カ矩信號(hào)加減合成輸出M1、M2、M3，其均由任意路カ臂信號(hào)加減合成。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了多通道動(dòng)態(tài)カ參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量和合成，實(shí)現(xiàn)多個(gè)三向力傳感器力信號(hào)的測(cè)量，通過計(jì)算得到三個(gè)坐標(biāo)軸向的合力和カ矩值，并實(shí)時(shí)輸出。系統(tǒng)與三向カ傳感器配套使用，可測(cè)得衛(wèi)星振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)接觸面的受カ情況和各種カ矩，為航天器進(jìn)行カ限制控制試驗(yàn)提供了技術(shù)保障。同時(shí)，系統(tǒng)具備測(cè)量精度高、可拓展性強(qiáng)的特點(diǎn)，能滿足未來航天器力限制控制試驗(yàn)技術(shù)實(shí)施的需求。


圖I為本發(fā)明的用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；圖2為用于本發(fā)明的電荷放大處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為用于本發(fā)明的信號(hào)合成處理器的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)作進(jìn)ー步的說明。這些實(shí)施方式都是示例性的，并不g在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖I是用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)。其中，本發(fā)明的用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，包括并聯(lián)設(shè)置的多臺(tái)電荷放大處理器以及與多臺(tái)電荷放大處理器分別電連接的一臺(tái)信號(hào)合成處理器，電荷放大處理器直接和與其對(duì)應(yīng)數(shù)量的壓電カ傳感器(例如為三向壓電カ傳感器)連接并給カ傳感器供電，同時(shí)將力傳感器輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和歸一化處理，電荷放大處理器包括放大器、濾波器、按鍵模塊和輸出端子，カ傳感器輸出的電荷信號(hào)依次通過放大器、濾波器并通過輸出端子輸出，按鍵模塊分別對(duì)放大器和濾波器進(jìn)行按鍵控制；信號(hào)合成處理器將電荷放大處理器傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算合成，并進(jìn)行相應(yīng)的衰減后進(jìn)行輸出，信號(hào)合成處理器包括運(yùn)算合成器、衰減器、鍵盤模塊和輸出端子組成，以達(dá)到多個(gè)カ傳感器三坐標(biāo)合力值和合カ矩值的實(shí)時(shí)輸出，電荷放大處理器的輸出信號(hào)依次通過運(yùn)算合成器、衰減器后通過輸出端子輸出，鍵盤模塊為運(yùn)算合成器和衰減器提供輸入指令。電荷放大處理器可進(jìn)行傳感器靈敏度的連續(xù)調(diào)節(jié)，以適合不同靈敏度的壓電式カ傳感器。電荷放大處理器可進(jìn)行カ作用點(diǎn)到支點(diǎn)兩個(gè)カ臂距離的輸入。優(yōu)選地，信號(hào)合成處理器中的鍵盤模塊還連接有顯示屏且信號(hào)合成器的輸出端子輸出三個(gè)合力和三個(gè)合力矩。其中輸出顯示6組F1、F2、F3、M1、M2、M3 ；其中，動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)的最大輸入電荷為± 106pC ;最大輸出電壓±10V ;靈敏度輸入范圍1.00pc/N 9. 99pc/N。動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)的カ臂輸入范圍為I 999mm。衰減器的衰減系數(shù)范圍為1% 99%。在本發(fā)明的ー實(shí)施方式中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的力信號(hào)加減合成輸出F1、F2、F3 ;F1、F2、F3均由任意路カ信號(hào)加減合成。在本發(fā)明的又ー實(shí)施方式中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的カ矩信號(hào)加減合成輸出M1、M2、M3，其均由任意路カ臂信號(hào)加減合成。各通道增益0. 1、1、3、10、30、100、300、500 ;頻響范圍:0. 3 IOKHz ;濾波分檔要求:30Hz、300Hz、IKHz、3KHz、IOKHz ;線性增益精度< 1% 具體來說，力信號(hào)處理系統(tǒng)的電荷放大處理器用對(duì)應(yīng)數(shù)量的電纜與壓電式カ傳感器進(jìn)行連接，電荷放大處理器通過電纜在給カ傳感器供電的同時(shí)將カ傳感器輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和歸ー化處理，并以電壓信號(hào)的形式傳輸給信號(hào)合成器，電荷放大處理器與信號(hào)合成器通過電纜進(jìn)行連接。信號(hào)合成器將輸入的電壓信號(hào)根據(jù)鍵盤指令進(jìn)行合成和衰減處理，并通過輸出端子將所得的結(jié)果進(jìn)行輸出。每臺(tái)信號(hào)放大處理器由放大器、濾波器、按鍵模塊和輸出端子組成。每臺(tái)信號(hào)放大處理器為ー個(gè)機(jī)箱形式，其中前面板安裝按鍵和與力傳感器的連接接ロ，后面板安裝輸出端子，機(jī)箱內(nèi)安裝有電路板，放大器和濾波器的元器件通過電路焊接的方式安裝在電路板上。前面板的按鍵及接ロ通過電纜與電路板進(jìn)行連接，后面板的輸出端子也通過電纜與電路板進(jìn)行連接。信號(hào)合成器也為機(jī)箱形式，前面板為按鍵和顯示屏幕，后面板為與電荷放大處理器連接的接口和輸出端子，機(jī)箱內(nèi)安裝有電路板，運(yùn)算合成器及衰減器的元器件通過電路焊接的方式安裝在電路板上。前面板的按鍵通過電纜與顯示屏幕及電路板進(jìn)行連接，后面板的接ロ及輸出端子通過電纜與電路板進(jìn)行連接。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
權(quán)利要求
1.用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，包括并聯(lián)設(shè)置的多臺(tái)電荷放大處理器以及與多臺(tái)電荷放大處理器分別電連接的一臺(tái)信號(hào)合成處理器，電荷放大處理器直接和與其對(duì)應(yīng)數(shù)量的壓電カ傳感器連接并給カ傳感器供電，同時(shí)將カ傳感器輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和歸ー化處理，電荷放大處理器包括放大器、濾波器、按鍵模塊和輸出端子，カ傳感器輸出的電荷信號(hào)依次通過放大器、濾波器并通過輸出端子輸出，按鍵模塊分 別對(duì)放大器和濾波器進(jìn)行按鍵控制；信號(hào)合成處理器將電荷放大處理器傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算合成，并進(jìn)行相應(yīng)的衰減后進(jìn)行輸出，信號(hào)合成處理器包括運(yùn)算合成器、衰減器、鍵盤模塊和輸出端子組成，以達(dá)到多個(gè)カ傳感器三坐標(biāo)合力值和合力矩值的實(shí)時(shí)輸出，電荷放大處理器的輸出信號(hào)依次通過運(yùn)算合成器、衰減器后通過輸出端子輸出，鍵盤模塊為運(yùn)算合成器和衰減器提供輸入指令。
2.如權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，所述電荷放大處理器可進(jìn)行傳感器靈敏度的連續(xù)調(diào)節(jié)，以適合不同靈敏度的壓電式カ傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，電荷放大處理器可進(jìn)行カ作用點(diǎn)到支點(diǎn)兩個(gè)カ臂距離的輸入。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，信號(hào)合成處理器中的鍵盤模塊還連接有顯示屏。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng),其中，信號(hào)合成器的輸出端子輸出三個(gè)合力和三個(gè)合力矩。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，所述壓電カ傳感器為三向壓電カ傳感器。
7.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng),其中，所述動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)的最大輸入電荷為±106pC ;最大輸出電壓±10V ;靈敏度輸入范圍1. OOpc/N 9.99pc/N。
8.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng),其中，所述動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)的カ臂輸入范圍為I 999mm。
9.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng)，其中，衰減器的衰減系數(shù)范圍為1% 99%。
10.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng),其中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的力信號(hào)加減合成輸出F1、F2、F3 ;F1、F2、F3均由任意路カ信號(hào)加減合成。
11.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)カ信號(hào)處理系統(tǒng),其中，3個(gè)通道三坐標(biāo)方向的カ矩信號(hào)加減合成輸出M1、M2、M3，其均由任意路カ臂信號(hào)加減合成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于航天器力限控制振動(dòng)試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)力信號(hào)處理系統(tǒng)，包括并聯(lián)設(shè)置的多臺(tái)電荷放大處理器以及與多臺(tái)電荷放大處理器分別電連接的一臺(tái)信號(hào)合成處理器，電荷放大處理器直接和與其對(duì)應(yīng)數(shù)量的壓電力傳感器連接并給力傳感器供電，同時(shí)將力傳感器輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和歸一化處理，信號(hào)合成處理器將電荷放大處理器傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算合成，并進(jìn)行相應(yīng)的衰減后進(jìn)行輸出，以達(dá)到多個(gè)力傳感器三坐標(biāo)合力值和合力矩值的實(shí)時(shí)輸出，電荷放大處理器的輸出信號(hào)依次通過運(yùn)算合成器、衰減器后通過輸出端子輸出，鍵盤模塊為運(yùn)算合成器及衰減器提供輸入指令。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多通道動(dòng)態(tài)力參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量和合成以及多個(gè)三向力傳感器力信號(hào)的測(cè)量，通過計(jì)算得到三個(gè)坐標(biāo)軸向的合力和力矩值，并實(shí)時(shí)輸出。該系統(tǒng)具備測(cè)量精度高、可拓展性強(qiáng)的特點(diǎn)，能滿足未來航天器力限制控制試驗(yàn)技術(shù)實(shí)施的需求。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102818687SQ20121025865
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者岳志勇, 李新明, 張俊剛, 沈鳳霞, 馮咬齊 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所