專利名稱：衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動(dòng)測試領(lǐng)域，具體是一種通過高靈敏度加速度/位移傳感器和高精度采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微振動(dòng)，即微小量級(jí)的振動(dòng)，一般為加速度，由于航天器在軌運(yùn)行時(shí)處于失重狀態(tài)，其自身及其有效載荷動(dòng)作會(huì)引起微小振動(dòng)，振動(dòng)的來源主要包括推進(jìn)器工作、活動(dòng)部件工作等，其振動(dòng)頻率在O. 01 300Hz，振動(dòng)幅度為10_5 10_2g量級(jí)。隨著我國新一代高分辨率對地觀測衛(wèi)星技術(shù)不斷發(fā)展，星上敏感載荷以及結(jié)構(gòu)等分系統(tǒng)逐漸認(rèn)識(shí)到微振動(dòng)對敏感載荷的嚴(yán)重影響。 由于微振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的頻率較低、幅值小，采用普通的測量儀器測試不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)信號(hào)有效采集，致使真實(shí)信號(hào)混雜于噪聲中，對進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和分析造成困難，甚至導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論，利用傳統(tǒng)的振動(dòng)測試設(shè)備已不能滿足微振動(dòng)信號(hào)的采集。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)目前還沒有成熟有效的微振動(dòng)測試系統(tǒng)，如文獻(xiàn)《航天器微振動(dòng)信號(hào)的地面測試方法》，航天器環(huán)境工程，2011年02月發(fā)表，此文獻(xiàn)中提及微振動(dòng)測試設(shè)備的一些信息，但是，其實(shí)現(xiàn)還是基于傳統(tǒng)采集設(shè)備，當(dāng)幅值更低的信號(hào)時(shí)，就無法實(shí)現(xiàn)微振動(dòng)信號(hào)的采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效解決了微振動(dòng)真實(shí)信號(hào)淹沒于噪聲中的弊端，對仿真衛(wèi)星在軌狀態(tài)的地面微振動(dòng)測試與分析具有重大指導(dǎo)意義。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，包括高靈敏傳感器、抗混疊濾波器、高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器和高精度控制器，所述高靈敏傳感器與抗混疊濾波器相連接，所述抗混疊濾波器與高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器相連接，所述高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器與高精度控制器相連接，其中-高靈敏傳感器，用于提取擾動(dòng)源/載荷附近的振動(dòng)信號(hào)；-抗混疊濾波器，用于對高靈敏傳感器提取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行抗混疊濾波形成壓電信號(hào);-高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器，用于將壓電信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)；-高精度控制器，用于控制數(shù)字信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)和分析。所述高靈敏傳感器為角線加速度/位移傳感器，采用高性能屏蔽電纜，以電壓為幅值的時(shí)間序列，并轉(zhuǎn)化為工程單位。所述高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器的幅值范圍可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，包括傳輸線和數(shù)據(jù)采集卡，所述傳輸線用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的抗干擾屏蔽傳輸，所述數(shù)據(jù)采集卡用于對壓電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
所述高精度控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持多種數(shù)據(jù)格式，所述數(shù)據(jù)格式為.xls、. mat、.txt、. dat ο所述高精度控制器包括采集分析軟件，所述采集分析軟件用于分析數(shù)字信號(hào)。所述衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)包括傳感器指標(biāo)和采集系統(tǒng)指標(biāo)，其中所述傳感器指標(biāo)包括-線加速度傳感器靈敏度彡1000mv/g；-線加速度傳感器量程<O. 2g ;-線加速度傳感器分辨率(l(T5g ；
-線加速度傳感器頻響范圍0·I 500Hz ；-角加速度傳感器量程土10rad/s2 ；-角加速度傳感器分辨率彡O.001rad/s2 ；所述米集系統(tǒng)指標(biāo)包括-系統(tǒng)噪聲<3μν;-系統(tǒng)采樣頻率24Bit。本發(fā)明提供的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)特點(diǎn)I、高靈敏度傳感器的選取，能夠?qū)崿F(xiàn)微振動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確感知，采用高性能屏蔽電纜提高信號(hào)的抗干擾能力和減少信號(hào)傳輸過程中的衰減；2、采集器設(shè)計(jì)為幅值范圍可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同量級(jí)的星上干擾源試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)提高信號(hào)準(zhǔn)確度；3、能夠?qū)崿F(xiàn)采集試驗(yàn)過程中對產(chǎn)生的微小角加速度信號(hào)(角位移)進(jìn)行有效識(shí)別；4、微振動(dòng)試驗(yàn)采集過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)所有通道的同步采樣，并可根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)速的變化實(shí)現(xiàn)等角度采樣以及恒定轉(zhuǎn)速下的等時(shí)間采樣；5、采樣過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與簡易處理，包括頻譜分析、功率譜分析、相關(guān)分析以及瀑布圖分析等，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持支持?jǐn)?shù)據(jù)的.xls、. mat、. txt、. dat等多種數(shù)據(jù)格式；6、為了適應(yīng)后續(xù)升級(jí)，該微振動(dòng)測試系統(tǒng)可支持硬件擴(kuò)展和軟件功能擴(kuò)展。本發(fā)明提供的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，從整個(gè)設(shè)計(jì)、裝配和測試的過程來看，可以得出以下結(jié)論I、衛(wèi)星微振動(dòng)地面測試系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)具有良好的可靠性，系統(tǒng)軟硬件擴(kuò)展性強(qiáng)；2、衛(wèi)星微振動(dòng)地面測試系統(tǒng)，線/角加速度傳感器具有高靈敏度和分辨率能夠?qū)崿F(xiàn)微振動(dòng)信號(hào)采集；3、衛(wèi)星微振動(dòng)地面測試系統(tǒng)具有高抗干擾能力，系統(tǒng)本身電噪聲低；4、衛(wèi)星微振動(dòng)地面測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變頻/定頻模式下的信號(hào)采集工作，具備傳統(tǒng)的信號(hào)分析方法。本發(fā)明提供的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)具體高精度和高抗干擾能力，并具較強(qiáng)的抗背景噪聲能力，實(shí)現(xiàn)微振動(dòng)信號(hào)提取工作。實(shí)際應(yīng)用過程中，本發(fā)明可以根據(jù)被測信號(hào)的量級(jí)進(jìn)行采集系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，以便獲得更加精確的振動(dòng)數(shù)據(jù)。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例包括高靈敏傳感器、抗混疊濾波器、高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器和高精度控制器，所述高靈敏傳感器與抗混疊濾波器相連接，所述抗混疊濾波器與高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器相連接，所述高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器與高精度控制器相連接，其中
-高靈敏傳感器，用于提取擾動(dòng)源/載荷附近的振動(dòng)信號(hào)；-抗混疊濾波器，用于對高靈敏傳感器提取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行抗混疊濾波形成壓電信號(hào);-高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器，用于將壓電信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)；-高精度控制器，用于控制數(shù)字信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)和分析。在本實(shí)施例中，高靈敏傳感器為角線加速度/位移傳感器，采用高性能屏蔽電纜，以電壓為幅值的時(shí)間序列，并轉(zhuǎn)化為工程單位；高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器的幅值范圍可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，包括傳輸線和數(shù)據(jù)采集卡，傳輸線用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的抗干擾屏蔽傳輸，數(shù)據(jù)采集卡用于對壓電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；高精度控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持多種數(shù)據(jù)格式，例如.xls、.mat、. txt、. dat ;高精度控制器包括采集分析軟件，用于分析數(shù)字信號(hào)；衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)包括傳感器指標(biāo)和米集系統(tǒng)指標(biāo)，其中，傳感器指標(biāo)包括線加速度傳感器靈敏度、線加速度傳感器量程、線加速度傳感器分辨率、線加速度傳感器頻響范圍、角加速度傳感器量程和角加速度傳感器分辨率；采集系統(tǒng)指標(biāo)包括系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)采樣頻率，具體技術(shù)指標(biāo)要求詳見下表
序號(hào)^
線加速度傳感器靈敏度^ 1000mv/g
2 線加速度傳感器量程 S 0.2g
"I 線加速度傳感器分辨率 S 10-5g
~ 線加速度傳感器頻響范圍 O. ΓδΟΟΗζ ~角加速度傳感器靈敏度^ 1000m V/rad/s2
6角加速度傳感器量程+ 10rad/s2
~ 角加速度傳感器分辨率 S O. 001rad/s權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，包括高靈敏傳感器、抗混疊濾波器、高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器和高精度控制器，所述高靈敏傳感器與抗混疊濾波器相連接，所述抗混疊濾波器與高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器相連接，所述高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器與高精度控制器相連接，其中 -高靈敏傳感器，用于提取擾動(dòng)源/載荷附近的振動(dòng)信號(hào)； -抗混疊濾波器，用于對高靈敏傳感器提取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行抗混疊濾波形成壓電信號(hào); -高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器，用于將壓電信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)； -高精度控制器，用于控制數(shù)字信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)和分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述高靈敏傳感器為若干個(gè)角線加速度/位移傳感器，采用高性能屏蔽電纜，以電壓為幅值的時(shí)間序列，并轉(zhuǎn)化為工程單位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器的幅值范圍可自適應(yīng)調(diào)節(jié)，包括傳輸線和數(shù)據(jù)采集卡，所述傳輸線用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的抗干擾屏蔽傳輸，所述數(shù)據(jù)采集卡用于對壓電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持多種數(shù)據(jù)格式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)格式為 xls、 mat、. txt、. dat0
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度控制器包括采集分析軟件，所述采集分析軟件用于分析數(shù)字信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)包括傳感器指標(biāo)和米集系統(tǒng)指標(biāo)，其中 所述傳感器指標(biāo)包括 -線加速度傳感器靈敏度1000mv/g ； -線加速度傳感器量程0. 2g ; -線加速度傳感器分辨率10_5g ； -線加速度傳感器頻響范圍0. r500Hz ； -角加速度傳感器量程土 lOrad/s2 ； -角加速度傳感器分辨率0. 001rad/s2 ； 所述采集系統(tǒng)指標(biāo)包括 -系統(tǒng)噪聲V ; -系統(tǒng)采樣頻率24Bit。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星地面微振動(dòng)測試系統(tǒng)，包括用于提取擾動(dòng)源/載荷附近的振動(dòng)信號(hào)的高靈敏傳感器、用于對高靈敏傳感器提取的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行抗混疊濾波形成壓電信號(hào)的抗混疊濾波器、用于將壓電信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)的高模數(shù)轉(zhuǎn)換率采集器和用于控制數(shù)字信號(hào)的顯示、存儲(chǔ)和分析的高精度控制器。本發(fā)明通過高靈敏傳感器實(shí)現(xiàn)微小量級(jí)的振動(dòng)信號(hào)采集，經(jīng)過抗混疊濾波后，通過高精度數(shù)據(jù)采集卡生成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行后續(xù)處理，為后續(xù)衛(wèi)星減振/隔振以及環(huán)境試驗(yàn)提供有效輸入，還能夠?qū)崿F(xiàn)減振/隔振性能驗(yàn)證，以滿足微振動(dòng)信號(hào)采集分析的需求，對提高衛(wèi)星平臺(tái)的控制精度和穩(wěn)定度具有重要意義。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102798459SQ20121028557
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者趙發(fā)剛, 周徐斌, 申軍烽, 顧亦磊, 杜冬, 滿孝穎 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所