一种信号模拟器及模拟方法与流程

1.本发明涉及信号模拟技术领域，具体涉及一种信号模拟器及模拟方法。


背景技术：

2.火箭发射时整机系统的调试必须在所有的分系统设备齐套和装联完成后，才能够进行测试和验证每个分系统是否都达到技术指标。这使得整机联调以及分系统状态确认时间拖得很长，一旦某个分系统状态不对，或者整机技术要求变化未及时更新分系统要求，就会更加会延长研发周期。为了达到提前确认每个分系统技术状态、整机系统技术状态是否满足最终技术要求，研发可实时测试模拟设备，模拟和测试各个分系统的技术状态情况。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种缩短调试和试验周期，保证调试质量的信号模拟器及模拟方法。
4.为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：提供一种信号模拟器，其包括模拟箱，模拟箱内设置有模块安装板，模块安装板上设置有浓度模拟区、温度模拟区、集成显示区和上电控制区，浓度模拟区内均匀排列设置有若干浓度模拟模块，温度模拟区内均匀排列设置有若干温度模拟模块，集成显示区内设置有触控显示屏，上电控制区内设置有输出开关、输入开关、供电输出接口和供电输入接口；触控显示屏、输出开关、输入开关、供电输出接口、供电输入接口、浓度模拟模块和温度模拟模块均安装在模块安装板上开设的安装孔内；浓度模拟模块包括浓度模拟接口，浓度模拟接口旁分别设置有第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮；温度模拟模块包括温度模拟接口，温度模拟接口旁分别设置有第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮；触控显示屏、输出开关、输入开关、供电输出接口、供电输入接口、浓度模拟接口、第一浓度调整旋钮、第二浓度调整旋钮、温度模拟接口、第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮均与模拟箱内设置的模拟控制模块电连接。
5.进一步地，浓度模拟接口输出一甲基肼和四氧化二氮的浓度模拟信号，第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮分别调整浓度模拟接口输出的一甲基肼和四氧化二氮的浓度信号的大小；温度模拟接口输出舱、加热膜和发动机的温度模拟信号，第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮分别调整输出的舱、加热膜和发动机的温度模拟信号的大小；触控显示屏显示当前的浓度模拟信号、温度模拟信号和设备状态信息；供电输出接口向外部设备提供220v市电输出，供电输入接口为整个模拟器提供220v的电源输入；
输入开关控制整个模拟器的电源开、关，输入开关打开后，屏幕亮起，模拟控制模块开始工作；输出开关控制供电输出接口的开、关，输出开关和输入开关同时打开后，才能输出220v电压。
6.进一步地，模拟控制模块包括温度模拟功能模块、浓度模拟功能模块和设备状态功能模块；触控显示屏上显示温度模拟器按钮、浓度模拟器按钮和设备状态按钮；点击温度模拟器按钮启动温度模拟功能模块，触控显示屏显示筒温度模拟器按钮和环境温度模拟器按钮，点击筒温度模拟器按钮，触控显示屏显示各舱、加热膜和发动机实时的模拟温度值，点击环境温度模拟器按钮，触控显示屏显示实时模拟的环境温度值；点击浓度模拟器按钮，触控显示屏显示出实时模拟的一甲基肼和四氧化二氮的浓度值；点击设备状态按钮，触控显示屏显示整个信号模拟器的状态值，包括电压输出状态、交流输出电压值、交流输入电压值和直流输出电压值。
7.进一步地，温度模拟模块依次通过第一开关和第二开关与外部设备连接，第一开关和第二开关之间设置有多圈电位器；多圈电位器模拟外部设备的rtd传感器在进行预置时，第二开关断开，第一开关接通，温度模拟模块采用高精度adc测量电位器电阻，并调整第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮或第三温度调整旋钮到预置温度后，断开第一开关，接通第二开关，此时外部设备上测量到的温度与温度模拟器显示的温度应当一致，否则，外部设备或中间的线缆出现故障。
8.进一步地，浓度模拟模块包括依次连接的相位累加器、幅度相位映射表、dac和滤波模块，滤波模块与外部设备连接；外部设备接的两种气体传感器均为频率调制型，输出一个方波信号，不同气体浓度对应不同的频率信号；浓度模拟模块使用了一个dds芯片，合成所需频率，在触控显示屏设置好浓度后，配置dds输出频率，外部设备上应显示与浓度模拟模块一致的浓度值，如果出现偏差，则外部设备出现故障。
9.提供一种采用上述信号模拟器的信号模拟方法，其包括以下步骤：s1：通过插头电缆将外部设备的信号输入口与信号模拟器连接，信号模拟器通过三相市电插座接220v市电；s2：根据外部设备的类型在触控显示屏上选择温度模拟功能和浓度模拟功能；s3：当外部设备进行温度模拟功能时，调整第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮至设定的温度值，分别包括温度t1、t2和t3；s4：打开第二开关，信号模拟器向外部设备输送温度t1的信号，外部设备以温度t1运行，并且运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设备反馈运行的温度s1；s5：将温度s1与温度t1进行作差，得到温度波动值t
波动1
=|s
1-t1|，并将温度波动值t
波动1
与温度波动阈值t
波动阈值
进行比较：若t
波动1
＞t
波动阈值
，则判定外部设备或插头电缆出现故障，触控显示屏上显示故障信息，提醒工作人员排除故障后，再执行步骤s4；若t
波动1
≤t
波动阈值
，则外部设备运行正常，执行步骤s6；s6：信号模拟器保持温度t1向外部设备输送温度信号，并增加第二温度调整旋钮设定的温度t2，使得外部设备以温度t1 t2运行；运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设
备的反馈运行温度s2；s7：将温度s2与温度t1 t2作差，得到温度波动值t
波动2
=|s
1-（t1 t2）|，将温度波动值t
波动2
与温度波动值t
波动1
进行比较：若t
波动2
＞t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（t1，t1 t2）内运行的状态比在温度区间（0，t1）内差，在温度区间（t1，t1 t2）内运行时外部设备或插头电缆出现故障，提醒工作人员排除故障，返回步骤s6；若t
波动2
＜t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（t1，t1 t2）内运行的状态比在温度区间（0，t1）内优，执行步骤s8；若t
波动2
＝t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（0，t2）内均可运行，执行步骤s8；s8：信号模拟器保持温度t1 t2向外部设备输送温度信号，且增加第三温度调整旋钮设定的温度t3，使得外部设备以温度t1 t2 t3运行；运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设备的反馈运行温度s3；s9：将温度s3与温度t1 t2 t3作差，得到温度波动值t
波动3
=|s
1-（t1 t2 t3）|，将t
波动3
与温度波动值t
波动2
进行比较：若t
波动3
＜t
波动2
，则判定外部设备运行的最佳温度区间为（t1 t2，t1 t2 t3）；若t
波动3
＞t
波动2
，则判定外部设备运行的最佳温度区间为（t1，t1 t2）；若t
波动3
=t
波动2
，则判定外部设备在温度区间（0，t3）内均可运行；s10：当外部设备进行浓度模拟功能时，调整第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮至设定浓度值，包括一甲基肼的浓度值a1和四氧化二氮的浓度值a2；s11：信号模拟器向外部设备输送浓度值a1和浓度值a2的信号，并运行时长s后，信号模拟器采集外部设备反馈的浓度值b1和浓度值b2；s12：将浓度值a1与浓度值b1作差，得到浓度波动值a
波动1
=|a
1-b1|，将浓度值a2与浓度值b2作差，得到浓度波动值a
波动2
=|a
2-b2|；s13：分别将浓度波动值a
波动1
、浓度波动值a
波动2
与对应的波动阈值进行比较：若a
波动1
＞a
波动阈值1
且a
波动2
＞a
波动阈值2
，则判定信号模拟器或插头电缆出现故障，排除信号模拟器和插头电缆的故障，再返回步骤s11；若a
波动1
≤a
波动阈值1
且a
波动2
＞a
波动阈值2
，则判定外部设备运行出现故障，外部设备不适合在四氧化二氮浓度为（0，a2）的范围内运行；若a
波动1
＞a
波动阈值1
且a
波动2
≤a
波动阈值2
，则判定外部设备运行出现故障，外部设备不适合在一甲基肼浓度为（0，a1）的范围内运行；若a
波动1
≤a
波动阈值1
且a
波动2
≤a
波动阈值2
，则判定外部设备运行正常，外部设备在一甲基肼浓度为（0，a1）、四氧化二氮浓度为（0，a2）的范围内均能正常运行；s14：返回步骤s10，调整第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮，将一甲基肼和四氧化二氮的浓度值分别调整为a1 a
增幅1
和a2 a
增幅2
，进入步骤s11；s15：循环步骤s10-s14；直到调整的一甲基肼和四氧化二氮的浓度值均达到极限浓度值，停止浓度模拟功能。
10.本发明的有益效果为：本发明信号模拟器能够模拟火箭发射时筒弹内氧化剂和推进剂泄漏工况，模拟调温设备所有工作状态，满足其在调试、试验、排故工作的需要，缩短调试和试验周期，保证调试质量，排除人为因素造成的产品性能指标偏差，是独立具备测试功
能，还可与现有其他测试设备、标准仪器配合使用的测试模拟设备。具体功能如下：1.模拟发送相应的频率信号，将信号模拟器接入泄漏监测报警装置后，用于模拟发送未泄漏、多种气体泄漏状态等工况频率信号，以此来检验泄漏监测报警装置的功能和性能是否满足要求，并且能获取最终外部设备适合工作的具体温度范围和浓度工作范围；2.模拟调温设备的工作状态，可分为多路，每路能够模拟一个发射筒的调温功能，整个设备可以同时模拟整车满配情况下的调温功能；3.测试设备能按用户要求进行状态和参数监测，并可对数据进行管理和输出。
附图说明
11.图1为信号模拟箱的结构图。
12.图2为温度模拟模块与外部设备连接的电路图。
13.图3为浓度模拟模块与外部设备连接的原理图。
14.其中，1、加强板，2、箱盖，3、触控显示屏，4、供电输出接口，5、供电输入接口，6、输出开关，7、模拟箱，8、输入开关，9、浓度模拟接口，10、温度模拟接口，11、浓度模拟模块，12、浓度模拟区，13、温度模拟区，14、温度模拟模块。
具体实施方式
15.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
16.如图1至图3所示，本方案的信号模拟器包括模拟箱7，模拟箱7上设置有可打开的箱盖2，并且箱盖2设置加强板1，提高强度，模拟箱7内设置有模块安装板，模块安装板上设置有浓度模拟区12、温度模拟区13、集成显示区和上电控制区，浓度模拟区12内均匀排列设置有若干浓度模拟模块11，温度模拟区13内均匀排列设置有若干温度模拟模块14，集成显示区内设置有触控显示屏3，上电控制区内设置有输出开关6、输入开关8、供电输出接口4和供电输入接口5。
17.触控显示屏3、输出开关6、输入开关8、供电输出接口4、供电输入接口5、浓度模拟模块11和温度模拟模块14均安装在模块安装板上开设的安装孔内。
18.浓度模拟模块11包括浓度模拟接口9，浓度模拟接口9旁分别设置有第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮；温度模拟模块14包括温度模拟接口10，温度模拟接口10旁分别设置有第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮。
19.触控显示屏3、输出开关6、输入开关8、供电输出接口4、供电输入接口5、浓度模拟接口9、第一浓度调整旋钮、第二浓度调整旋钮、温度模拟接口10、第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮均与模拟箱7内设置的模拟控制模块电连接。
20.浓度模拟接口9输出弹筒内的一甲基肼和四氧化二氮的浓度模拟信号，第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮分别调整浓度模拟接口9输出的一甲基肼和四氧化二氮的浓度信号的大小；温度模拟接口10输出火箭发射的舱、加热膜和发动机的温度模拟信号，第一温度
调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮分别调整输出的舱、加热膜和发动机的温度模拟信号的大小。
21.触控显示屏3显示当前的浓度模拟信号、温度模拟信号和设备状态信息；供电输出接口4向外部设备提供220v市电输出，供电输入接口5为整个模拟器提供220v的电源输入；输入开关8控制整个模拟器的电源开、关，输入开关8打开后，屏幕亮起，模拟控制模块开始工作。输出开关6控制供电输出接口4的开、关，输出开关6和输入开关8同时打开后，才能输出220v电压。
22.模拟控制模块包括温度模拟功能模块、浓度模拟功能模块和设备状态功能模块；触控显示屏3上显示温度模拟器按钮、浓度模拟器按钮和设备状态按钮。
23.点击温度模拟器按钮启动温度模拟功能模块，触控显示屏3显示筒温度模拟器按钮和环境温度模拟器按钮，点击筒温度模拟器按钮，触控显示屏3显示各舱、加热膜和发动机实时的模拟温度值，点击环境温度模拟器按钮，触控显示屏3显示实时模拟的环境温度值。
24.点击浓度模拟器按钮，触控显示屏3显示出实时模拟的一甲基肼和四氧化二氮的浓度值；点击设备状态按钮，触控显示屏3显示整个信号模拟器的状态值，包括电压输出状态、交流输出电压值、交流输入电压值和直流输出电压值。
25.温度模拟模块14依次通过第一开关和第二开关与外部设备连接，第一开关和第二开关之间设置有多圈电位器。
26.多圈电位器模拟外部设备的rtd传感器在进行预置时，第二开关断开，第一开关接通，温度模拟模块14采用高精度adc测量电位器电阻，并调整第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮或第三温度调整旋钮到预置温度后，断开第一开关，接通第二开关，此时外部设备上测量到的温度与温度模拟器显示的温度应当一致，否则，外部设备或中间的线缆出现故障。
27.浓度模拟模块11包括依次连接的相位累加器、幅度相位映射表、dac和滤波模块，滤波模块与外部设备连接；外部设备接的两种气体传感器均为频率调制型，输出一个方波信号，不同气体浓度对应不同的频率信号；浓度模拟模块11使用了一个dds芯片，合成所需频率，在触控显示屏3设置好浓度后，配置dds输出频率，外部设备上应显示与浓度模拟模块11一致的浓度值，如果出现偏差，则外部设备出现故障。
28.本实施例采用上述信号模拟器的信号模拟方法包括以下步骤：s1：通过插头电缆将外部设备的信号输入口与信号模拟器连接，信号模拟器通过三相市电插座接220v市电；s2：根据外部设备的类型在触控显示屏上选择温度模拟功能和浓度模拟功能；s3：当外部设备进行温度模拟功能时，调整第一温度调整旋钮、第二温度调整旋钮和第三温度调整旋钮至设定的温度值，分别包括温度t1、t2和t3；s4：打开第二开关，信号模拟器向外部设备输送温度t1的信号，外部设备以温度t1运行，并且运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设备反馈运行的温度s1；s5：将温度s1与温度t1进行作差，得到温度波动值t
波动1
=|s
1-t1|，并将温度波动值t
波动1
与温度波动阈值t
波动阈值
进行比较：
若t
波动1
＞t
波动阈值
，则判定外部设备或插头电缆出现故障，触控显示屏上显示故障信息，提醒工作人员排除故障后，再执行步骤s4；若t
波动1
≤t
波动阈值
，则外部设备运行正常，执行步骤s6；s6：信号模拟器保持温度t1向外部设备输送温度信号，并增加第二温度调整旋钮设定的温度t2，使得外部设备以温度t1 t2运行；运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设备的反馈运行温度s2；s7：将温度s2与温度t1 t2作差，得到温度波动值t
波动2
=|s
1-（t1 t2）|，将温度波动值t
波动2
与温度波动值t
波动1
进行比较：若t
波动2
＞t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（t1，t1 t2）内运行的状态比在温度区间（0，t1）内差，在温度区间（t1，t1 t2）内运行时外部设备或插头电缆出现故障，提醒工作人员排除故障，返回步骤s6；若t
波动2
＜t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（t1，t1 t2）内运行的状态比在温度区间（0，t1）内优，执行步骤s8；若t
波动2
＝t
波动1
，则判定外部设备在温度区间（0，t2）内均可运行，执行步骤s8；s8：信号模拟器保持温度t1 t2向外部设备输送温度信号，且增加第三温度调整旋钮设定的温度t3，使得外部设备以温度t1 t2 t3运行；运行设定时长t后，信号模拟器采集外部设备的反馈运行温度s3；s9：将温度s3与温度t1 t2 t3作差，得到温度波动值t
波动3
=|s
1-（t1 t2 t3）|，将t
波动3
与温度波动值t
波动2
进行比较：若t
波动3
＜t
波动2
，则判定外部设备运行的最佳温度区间为（t1 t2，t1 t2 t3）；若t
波动3
＞t
波动2
，则判定外部设备运行的最佳温度区间为（t1，t1 t2）；若t
波动3
=t
波动2
，则判定外部设备在温度区间（0，t3）内均可运行；s10：当外部设备进行浓度模拟功能时，调整第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮至设定浓度值，包括一甲基肼的浓度值a1和四氧化二氮的浓度值a2；s11：信号模拟器向外部设备输送浓度值a1和浓度值a2的信号，并运行时长s后，信号模拟器采集外部设备反馈的浓度值b1和浓度值b2；s12：将浓度值a1与浓度值b1作差，得到浓度波动值a
波动1
=|a
1-b1|，将浓度值a2与浓度值b2作差，得到浓度波动值a
波动2
=|a
2-b2|；s13：分别将浓度波动值a
波动1
、浓度波动值a
波动2
与对应的波动阈值进行比较：若a
波动1
＞a
波动阈值1
且a
波动2
＞a
波动阈值2
，则判定信号模拟器或插头电缆出现故障，排除信号模拟器和插头电缆的故障，再返回步骤s11；若a
波动1
≤a
波动阈值1
且a
波动2
＞a
波动阈值2
，则判定外部设备运行出现故障，外部设备不适合在四氧化二氮浓度为（0，a2）的范围内运行；若a
波动1
＞a
波动阈值1
且a
波动2
≤a
波动阈值2
，则判定外部设备运行出现故障，外部设备不适合在一甲基肼浓度为（0，a1）的范围内运行；若a
波动1
≤a
波动阈值1
且a
波动2
≤a
波动阈值2
，则判定外部设备运行正常，外部设备在一甲基肼浓度为（0，a1）、四氧化二氮浓度为（0，a2）的范围内均能正常运行；s14：返回步骤s10，调整第一浓度调整旋钮和第二浓度调整旋钮，将一甲基肼和四氧化二氮的浓度值分别调整为a1 a
增幅1
和a2 a
增幅2
，进入步骤s11；
s15：循环步骤s10-s14；直到调整的一甲基肼和四氧化二氮的浓度值均达到极限浓度值，停止浓度模拟功能。
29.本发明信号模拟器能够模拟火箭发射时筒弹内氧化剂和推进剂泄漏工况，模拟调温设备所有工作状态，满足其在调试、试验、排故工作的需要，缩短调试和试验周期，保证调试质量，排除人为因素造成的产品性能指标偏差，是独立具备测试功能，还可与现有其他测试设备、标准仪器配合使用的测试模拟设备。具体功能如下：1.模拟发送相应的频率信号，将信号模拟器接入泄漏监测报警装置后，用于模拟发送未泄漏、多种气体泄漏状态等工况频率信号，以此来检验泄漏监测报警装置的功能和性能是否满足要求，并且能获取最终外部设备适合工作的具体温度范围和浓度工作范围；2.模拟调温设备工作状态，可分为多路，每路能够模拟一个发射筒的调温功能，整个设备可以同时模拟整车满配情况下的调温功能；3.测试设备能按用户要求进行状态和参数监测，并可对数据进行管理和输出。