一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法
【專利摘要】一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法，壓縮機、壓縮機支架、Z字型轉(zhuǎn)接板、六邊形轉(zhuǎn)接板、六分量八傳感器擾振力測試臺、分布的加速度傳感器、激光位移測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)組成。制冷機裝置通過轉(zhuǎn)接板安裝在六分量八傳感器測試臺上，同時根據(jù)測試要求在制冷機上布置加速度傳感器。制冷機工作時會對六分量八傳感器擾振力測試臺產(chǎn)生微小擾動。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集六分量八傳感器擾振力測試臺八個傳感器信號并通過一系列的計算以得到擾振力，同時還采集加速度傳感器的信號以得到加速度。
【專利說明】一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制冷機微振動測試方法，可用于對航天器制冷機裝置微小擾動載荷在六個自由度上的振動信號進行動態(tài)測量。
【背景技術(shù)】
[0002]制冷機是衛(wèi)星上的主要器件，用于調(diào)節(jié)衛(wèi)星內(nèi)部溫度變化。由于制冷機中的壓縮機的制造缺陷以及電機噪聲等原因，制冷機對星體產(chǎn)生周期性和寬帶微小擾振力，這些擾振力經(jīng)過它們內(nèi)部動態(tài)特性的調(diào)制和放大，會對遙感衛(wèi)星(GF-4)的光路指向精度和穩(wěn)定度產(chǎn)生較大影響?？紤]到制冷機安裝在成像裝置附近，這種影響就顯得尤為重要。
[0003]由于航天器擾動源的擾動很小，個別有效載荷如動量輪在空間三個方向只能產(chǎn)生幾十毫牛頓甚至幾毫牛頓的微弱擾動，要想在具有相對強烈干擾背景噪音的地面實驗室中測量此類擾動十分困難，而其對應(yīng)傳感器的精度要求非常高。
[0004]目前，國內(nèi)外尚未見有關(guān)此類微小振動測量系統(tǒng)的文獻報導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制冷機微振動測試方法，測量并分析航天器制冷機裝置在空間六個自由度上的動態(tài)特性，為提高航天器的姿態(tài)控制精度和加強航天器的安全設(shè)計提供可靠的測試數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，包括制冷機系統(tǒng)、Z字形轉(zhuǎn)接板、六邊形轉(zhuǎn)接板、六分量八傳感器擾振力測試臺、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；所述的制冷機系統(tǒng)包括壓縮機、壓縮機支架、紅外探頭支架、紅外探頭；六邊形轉(zhuǎn)接板固定連接在六分量八傳感器擾振力測試臺上；Z字形轉(zhuǎn)接板固定連接在六邊形轉(zhuǎn)接板上；壓縮機通過壓縮機支架固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板的一端，紅外探頭支架通過紅外探頭固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板的另一端；數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)與六分量八傳感器擾振力測試臺相連，通過六分量八傳感器擾振力測試臺測量并得到制冷機系統(tǒng)的微振動數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)進行分析處理得到制冷機系統(tǒng)的擾振力。
[0007]還包括加速度傳感器，用于測量制冷機系統(tǒng)擾振時的加速度。
[0008]還包括激光非接觸測試系統(tǒng)；激光非接觸測試系統(tǒng)發(fā)射激光到制冷機系統(tǒng)上，并將反射回來的反饋信號送至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)進行處理，得到紅外探頭的擾振位移；所述的激光非接觸測試系統(tǒng)由德國Polytec公司生產(chǎn)，型號為:D_76337。
[0009]一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)測試方法，步驟如下:
[0010]I)將標定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺上，用螺栓將其擰緊；標定盤是一個正方形鋁盤，所述標定盤四個側(cè)面上各自均布有3個敲擊點，上表面上布有4個敲擊點，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺連接；
[0011]2)用力錘依次敲擊標定盤上的16個敲擊點，并采集力錘的時域信號、敲擊每個點時六分量八傳感器擾振力測試臺的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)；[0012]3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)獲得標定矩陣；
[0013]4)拆下標定盤；
[0014]5)將制冷機系統(tǒng)通過Z字形轉(zhuǎn)接板和六邊形轉(zhuǎn)接板安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺上，并用螺栓擰緊；
[0015]6)制冷機系統(tǒng)通電開始工作；
[0016]7)六分量八傳感器擾振力測試臺對制冷機系統(tǒng)進行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)采集制冷機工作時的電壓時域信號；
[0017]8)將步驟7)得到的電壓時域信號進行傅里葉變換得到電壓的頻域信號；
[0018]9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標定矩陣相乘得到制冷機擾動力的頻域信號;
[0019]10)將步驟9)得到的制冷機擾動力的頻域信號進行反傅里葉變換可以得到擾動力的時域信號，即完成對微振動信號的處理。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0021](I)本發(fā)明通過八個普通壓電傳感器的合理布置，從而使得六個自由度的微擾動信號可以利用現(xiàn)有的單向壓電力傳感器來測量，克服了缺少高精度三向傳感器的問題，使得測量精度大大提高。同時，本發(fā)明所采用高精度加速度傳感器可以提高加速度測試精度。
[0022](2)本發(fā)明測量裝置和被測量試件分離，不需要在被測試件上安裝附加設(shè)備和傳感器，不影響被測試件的動態(tài)特性，不損傷被測試件結(jié)構(gòu)，試驗完畢后試件還可以正常使用。
[0023](3)本發(fā)明通過合理調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力，實現(xiàn)了信號的放大并可以進行具有較大質(zhì)量擾動源的實際運行條件下的精確測量，提高了測量的可靠性。
[0024](4)本發(fā)明的擾動源可以置于測量系統(tǒng)內(nèi)部或外部，提高了測量系統(tǒng)的適應(yīng)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為測試系統(tǒng)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明標定點位置示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本系統(tǒng)制冷機微振動物理仿真處理系統(tǒng)，包括制冷機系統(tǒng)、Z字形轉(zhuǎn)接板3、六邊形轉(zhuǎn)接板4、六分量八傳感器擾振力測試臺5、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9、激光非接觸測試系統(tǒng)10 ;所述的制冷機系統(tǒng)包括壓縮機1、壓縮機支架2、紅外探頭支架6、紅外探頭
7、加速度傳感器8、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9 ;六邊形轉(zhuǎn)接板4固定連接在六分量八傳感器擾振力測試臺5上；Z字形轉(zhuǎn)接板3固定連接在六邊形轉(zhuǎn)接板4上；壓縮機I通過壓縮機支架2固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板3的一端，紅外探頭支架6通過紅外探頭7固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板3的另一端；加速度傳感器8固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板3 ;數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9通過導(dǎo)線與加速度傳感器8和六分量八傳感器擾振力測試臺5相連，六分量八傳感器擾振力測試臺5測量并得到制冷機微振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9分析處理，最終得到制冷機系統(tǒng)的擾振力。[0029]多個加速度傳感器8可以根據(jù)需要布置測試關(guān)注點的微振動情況，各加速度傳感器8通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9連接。
[0030]工作過程中，激光非接觸測試系統(tǒng)10控制信號發(fā)生器的信號輸出，并控制激光測振攝像頭對試件進行測試，激光測振攝像頭通過激光束對試件的振動信號進行測試，并把所接收到的模擬信號傳給激光測振儀，激光測振儀接收激光測振攝像頭傳來的模擬信號，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機，從而實現(xiàn)紅外探頭的非接觸測量，測得的數(shù)字信號處理后由數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9采集數(shù)字信號，得到紅外探頭的擾振位移。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明提供了制冷機微振動信號處理方法，步驟如下:
[0032]I)將標定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺5上，用螺栓將其擰緊；標定盤是一個正方形鋁盤，如圖2所示，標定盤四個側(cè)面上各自均布有3個敲擊點，上表面上布有4個敲擊點，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺5連接；六分量八傳感器擾振力測試臺5是由八個單向壓電傳感器組成，其中四個壓電傳感器沿水平方向布置，保證能夠測試沿水平方向的兩個擾動力和繞垂直方向的擾動力矩；另外四個壓電傳感器沿垂直方向布置，保證能夠測試沿垂直方向的擾動力和繞水平方向的兩個擾動力矩。
[0033]2)用力錘依次敲擊標定盤上的16個敲擊點，并采集力錘的時域信號、敲擊每個點時六分量八傳感器擾振力測試臺5的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)；
[0034]3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)計算標定矩陣；
[0035]4)拆下標定盤；
[0036]5)將制冷機系統(tǒng)安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺5上，用螺栓擰緊；
[0037]6)制冷機系統(tǒng)通電開始工作；
[0038]7)六分量八傳感器擾振力測試臺5對制冷機系統(tǒng)進行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)9采集制冷機工作時的電壓時域信號；
[0039]8)將步驟7)得到的電壓時域信號進行傅里葉變換得到電壓的頻域信號；
[0040]9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標定矩陣相乘得到制冷機擾動力的頻域信號;
[0041]10)將步驟9)得到的制冷機擾動力的頻域信號進行反傅里葉變換可以得到擾動力的時域信號，即完成對微振動信號的處理。
[0042]首先應(yīng)該求得相應(yīng)的標定矩陣W(co)，整體標定矩陣實際上是八個壓電力傳感器的響應(yīng)信號與作用在等效中心點的載荷之間的頻響函數(shù)矩陣。在本方法中，等效中心為八分量傳感器裝置的負載盤上表面的中心點，在此中心點直接施加三個平動力和三個力矩有困難，本文在假設(shè)負載盤為剛體的基礎(chǔ)上，安裝一個剛度很高的標定臺，并選擇如圖所示的16個加載點。根據(jù)空間力系平衡理論可知，利用選擇的16個加載點能等效出作用在負載盤幾何中心的三個平動力和三個力矩；圖2中O點為負載盤上表面的中心點，表I列出了圖中各參數(shù)的值。
[0043]表I標定點位置參數(shù)
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:包括制冷機系統(tǒng)、Z字形轉(zhuǎn)接板(3)、六邊形轉(zhuǎn)接板(4)、六分量八傳感器擾振力測試臺(5)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(9);所述的制冷機系統(tǒng)包括壓縮機(I)、壓縮機支架(2)、紅外探頭支架(6)、紅外探頭(7);六邊形轉(zhuǎn)接板(4)固定連接在六分量八傳感器擾振力測試臺(5)上；Z字形轉(zhuǎn)接板(3)固定連接在六邊形轉(zhuǎn)接板(4)上；壓縮機(I)通過壓縮機支架(2 )固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板(3 )的一端，紅外探頭支架(6)通過紅外探頭(7)固定連接在Z字形轉(zhuǎn)接板(3)的另一端；所述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(9)包括數(shù)據(jù)采集模塊和計算機；六分量八傳感器擾振力測試臺(5)測量得到制冷機系統(tǒng)的微振動數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(9 )進行分析處理，得到制冷機系統(tǒng)的擾振力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:還包括加速度傳感器(8 )，用于測量制冷機系統(tǒng)擾振時的加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制冷機微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:還包括激光非接觸測試系統(tǒng)(10);激光非接觸測試系統(tǒng)(10)發(fā)射激光到制冷機系統(tǒng)上，并將反射回來的反饋信號送至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(9)進行處理，得到紅外探頭(7)的擾振位移；所述的激光非接觸測試系統(tǒng)(10)由德國Polytec公司生產(chǎn)，型號為:D_76337。
4.一種制冷機微振動物理仿真 測試處理系統(tǒng)測試方法，其特征在于步驟如下: .1)將標定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺(5)上，用螺栓將其擰緊；標定盤是一個正方形鋁盤，所述標定盤四個側(cè)面上各自均布有3個敲擊點，上表面上布有4個敲擊點，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺(5)連接； .2)用力錘依次敲擊標定盤上的16個敲擊點，并采集力錘的時域信號、敲擊每個點時六分量八傳感器擾振力測試臺(5)的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)； .3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)計獲得標定矩陣； .4)拆下標定盤； .5 )將制冷機系統(tǒng)通過Z字形轉(zhuǎn)接板(3 )和六邊形轉(zhuǎn)接板(4 )安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺(5)上，并用螺栓擰緊； .6)制冷機系統(tǒng)通電開始工作； .7)六分量八傳感器擾振力測試臺(5)對制冷機系統(tǒng)進行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(9)采集制冷機工作時的電壓時域信號； .8)將步驟7)得到的電壓時域信號進行傅里葉變換得到電壓的頻域信號； .9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標定矩陣相乘得到制冷機擾動力的頻域信號； .10)將步驟9)得到的制冷機擾動力的頻域信號進行反傅里葉變換可以得到擾動力的時域信號，即完成對微振動信號的處理。
【文檔編號】G01H11/08GK103528668SQ201310446702
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】李果, 李雄飛, 楊文濤, 程偉, 王成倫, 何斌, 劉鳳晶, 趙煜, 王光遠, 沈中 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部, 北京航空航天大學(xué)