航天用电磁阀测控系统的制作方法

1.本发明涉及火箭发动机电磁阀测控技术领域，具体涉及一种航天用电磁阀测控系统。


背景技术：

2.新型运载火箭发射的自动化程度需要采用大量电磁类阀门，用以控制发动机的开关。随着我国在航天领域中技术难题的不断突破，对火箭品质的需求也日益提升。火箭发动机是火箭动力系统的核心，电磁阀是火箭发动机的重要零部件之一，特别是液体动力系统为主的姿轨控动力系统，姿态轨道控制系统主要完成变轨和入轨任务,其中也包括爬升以及改变轨道倾角，以消除姿态静态误差，使卫星按预定姿态和轨道飞行，保证卫星性能，并完成飞行任务。电磁阀的开启响应决定着发动机发动时间，关闭响应决定着携带推进剂的消耗。能够合理的测试出电磁阀开启关闭的响应时间对系统设计至关重要。现有的控制系统没法采集到电磁阀关闭响应状态，而且采集系统体积庞大，不便于携带。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种航天用电磁阀测控系统,该套控制系统主要完成高精度时序控制。同时具有启动、紧急关机、程序复记、阀电流采集、数据处理工作等功能。
4.本发明所采用的技术方案是航天用电磁阀测控系统，推力器与电磁阀组装成发动机，将发动机固定在试车架上，压力传感器连接到推力器上，振动传感器固定在发动机支架上，温度传感器粘贴到推力器上，将压力传感器、振动传感器和温度传感器的控制线缆接入到电磁阀测控系统，所述的电磁阀测控系统与计算机进行信号连接，所述的电磁阀测控系统采用ni usb6210控制器，所述的ni usb6210控制器采集现场信号并保存，以及输出控制信号。
5.更进一步地，所述的ni usb6210控制器输出的控制信号以数字量的形式输出到光耦隔离器，控制信号经光耦隔离器放大后输出到电磁阀接口，电磁阀接口输出电流信号到电流传感器，电流传感器输出0-10v电压信号到ni usb6210控制器的模拟量输入端。
6.更进一步地，所述的电磁阀测控系统供电分为两路，一路引入双极性线性电源与单极性开关电源为电流传感器、压力传感器供电；另一路通过面板驱动接口外接电源为阀门供电。
7.本发明的有益效果是：本发明通过引入闭合回路能够采集到电磁阀的开启及关闭响应。电磁阀测控系统主要为完成单台及多台电磁阀极性及响应测试而建立的小型化控制复记系统，该套控制系统主要完成高精度时序控制。同时具有启动、紧急关机、程序复记、阀电流采集、数据处理工作等功能。
8.便携式电磁阀采集系统能够适应一些现场数据采集、脱机使用的场合。它由电池供电，与计算机之间的通讯，它有自己的内部储存器，可以存储一定量的数据，并可在适当
的时候将这些数据传输给计算机。具有一定的编程能力，再配上应用程序便可成为功能很全面的设备，从而可以满足不同场合的应用需要，既不需增加场地，又不受时间、空间的限制，灵巧实用。
附图说明
9.图1为本发明航天用电磁阀测控系统原理图。
10.图2为电磁阀关闭特征曲线测量方式一的电路图。
11.图3为电磁阀关闭特征曲线测量方式二的电路图。
12.图4为本发明数据处理图。
13.图5为本发明电磁阀电流响应图。
具体实施方式
14.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
15.电磁阀采集控制系统实现了一种根据试验要求，结合当前先进的计算机测控技术，利用基于虚拟仪器技术和usb总线数据采集、控制系统。设计实现了集信号采集、记录存贮等多功能为一体的测控系统。软件系统包括windows系统、ni可编程智能io卡，软件开发平台labview、模块驱动程序以及应用软件等。
16.系统由便携式测控机箱、控制系统平台，含系统控制器、采集板卡、控制输出板卡、电源现场传感器供电电源、接插面板，包含快速航插等接插件、传感器，霍尔电流传感器、继电器，固态继电器、隔离模块，隔离转换模块、连接线缆，供电线缆、内部电缆、现场线缆。阀门采集控制系统基于ni平台，利用ni usb6210控制器实现现场信号的采集保存工作以及现场控制信号的输出控制工作。
17.系统采用220v电源供电，将传感器的控制线缆通过传感器接口接入系统，将采集信号以模拟量的形式输入到采集卡，反馈到计算机。由计算机测控软件进行控制，将控制信号传输到采集卡以数字量的形式输出光耦隔离器，光耦隔离器对信号进行放大，同时对采集卡进行保护。由于光耦继电器输入输出间相互隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。在控制系统中数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加系统工作的可靠性。信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。将控制信号传输到电磁阀接口。
18.阀门采集控制系统供电分为两路一路引入双极性线性电源与单极性开关电源，负责给系统中的霍尔传感器、终端压力传感器供电；另外一路外部供电，通过面板驱动接口外接电源，负责阀门供电。系统正常启动后，进入软件开始数据采集控制。
19.测试电磁阀工作响应时间
20.系统上电：先将ac接入供电插座220v(ac插座内置保险丝，并备份一只保险管，以
便更换)。
21.阀门供电：驱动接口接tgg推拉式快速航空插头。
22.通信连接：双公头usb3.0,分别接机箱通信口与电脑usb口。
23.软件使用：双击打开采集控制系统图标，打开试车台采集控制系统，进行试验，试验完成后退出系统；双击datareview数据回放图标，进行数据的离线分析处理，并生成数据报表。系统断电：首先关闭计算机系统，然后按照上电开关-》ac插头从供电插座上拔出。系统所有的控制以及采集信号采用快速接插件完成，接插件分布于测试机箱前面板。面板上阀门控制输出，压力采集采用普军级j30j-15zkp45/j30j-21zkp45电连接插件，
24.电磁阀关闭特征曲线测量方式，发动机关机即电磁阀线圈断电瞬间，根据楞次定律，此时线圈会产生反向电动势。通过测量该反向电动势产生的压降或回路电流，即可分析电磁阀关闭特性。二极管具有正向导通反向截止的电气特性，且正向电阻随电压电流增大而减小，因此可搭建2种电路进行分析：图2-图3所示，两种测量方式，
25.图2为第一种方案原理，电源开关闭合时，线圈正常工作，二极管处于截止状态。发动机关机瞬间，及开关断开瞬间，线圈产生反向感应电动势，二极管导通，此时线圈、电阻、二极管形成一个独立闭合的电气回路，通过电流测试仪可测回路电路变化状态，即得到线圈电流变化状态。
26.图3为第二种方案原理，电源开关闭合时，线圈正常工作，二极管处于截止状态。发动机关机瞬间，及开关断开瞬间，线圈产生反向感应电动势，二极管导通，此时线圈、电阻、二极管形成一个独立闭合的电气回路，通过电流传感器可测回路中电阻两端压降变化状态，即得到线圈电流变化状态。
27.将推力器与电磁阀进行安装，组装成发动机。将发动机安放在试车架上进行固定。将压力器连接到推力器的压力传感器接口；将振动传感器安放在发动机支架；对推力器粘贴温度传感器，接入到电磁测控系统。将测控系统与电脑进行连接。上电前，检查传感器电缆的连接是否正常，传感器供电、信号线缆连接是否正常，供电线缆连接是否正常。先将控制机柜上电，电源开关按下，此时电源指示灯点亮蓝色，系统上电正常。接入外部驱动可调节电源。将现场信号线缆接入对应的接插区域，计算机启动进入软件操作。将预定脉冲程序加载到系统软件，开启后进行电磁阀工作以及数据实时采集，试验完成后，关闭控制计算机。将启动开关按下，指示灯灭。将现场接插线缆脱开。
28.电磁阀开启关闭曲线如图4-5所示，按照常规系统，电磁阀的开启压力能测试出来，但是电磁阀关闭响应，因系统关闭断电没法对系统进行，本套系统因引入闭合回路，使整套测控系统中存在电路回路电流，因此能将电磁阀关闭响应测试出来。
29.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。