低温推进剂测量技术研究及系统实现

当前航天运载器普遍使用低温液氢、液氧及煤油作为推进剂,国内外普遍采用电阻式、电容式、差压式液位测量方案,国外已推出应用于低温液位测量的超声式、雷达式液位传感器。介绍几种低温液位测量方法的原理及应用特点,针对运载火箭高精度、连续、动态液位测量特点及需求,设计一套低温液位测量系统。测量系统包括新型分节电容连续液位传感器、变换器以及液位处理软件,首先将液位信号变换为三角波-线性波双特性电压信号,实现大量程低温液位的分段连续测量,然后利用双特性算法计算液位高度。液位测量系统测量范围为0~20m,测量精度达到±2mm,传感器环境适用温度范围为20K~500K。液位测量系统已在新一代液体运载火箭上推广运用,并已具备工业应用条件。     

数字式低温液位测量系统

液体火箭发动机试验中,低温推进剂(液氢、液氧、液态甲烷等)的稳态流量是发动机设计的重要参数。目前用自主研制的分节式电容液面计、电容变换仪、采集设备和计算机组成流量测量系统,实现氢氧发动机高空模拟试验及校准试验中高精度稳态流量的测量和实时液位监测。为了提高电容式液位计的测量精度和可靠性,对变送仪表的性能进行了改进。研制了基于FPGA的数字式液位测量仪,测量系统仅由分节式液位传感器、数字式液位测量仪和计算机构成一套完整的解决方案,实现了仪器的智能化和数字化。     

高精度新型调制变送器设计与应用

从传感器测量物理量的原理出发,通过对传感器输出信号的特点分析,阐述了高精度新型调制变送器获取被测信号的设计思想与组成单元,详细分析了变送器关键电路设计原理。电容变送器在试车台液位远传系统中的成功应用表明,新型调制变送器具有精度高、通用性强、使用可靠等特点。     

低温推进剂液位监测系统设计

以液体火箭发动机地面试验用低温推进剂为研究对象,建立了以电容式液位传感器和C-V线性电容变送仪为主体的低温推进剂液位测量系统。经某型号氢氧发动机真实试车过程中的搭载试验证明,该系统能准确、快速的跟踪并实时显示低温容器中的液位值,具有精度高、重复性好、操作简单及安全可靠等质量特性,很好的解决了试验过程中低温推进剂液位实时监测显示的技术难题,具备了应用地面试车试验的条件。     

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。     

激光动态液位测量技术研究

如今,运载火箭大量使用液氧、煤油等液体推进剂,其液位测量技术主要有浮子式、激光式、电容式、雷达式等。介绍并实现了一种激光液位测量系统,该系统体积小、功耗低,可适应多种测量环境,能满足航天燃料液位测量高精度、高动态、连续稳定测量的要求。系统利用相位式激光测距技术,通过测量激光回波信号的相位延迟,计算激光光程从而得到距离数据并通过客户端进行直观展示和数据存储。系统最大测量距离可达100 m,精度为±1 mm。该系统为非接触测量,耐腐蚀,通过加入反射板可实现透明、非透明液体测量。     

一种基于功率测量的相控阵天线校准方法

文章研究了一种基于功率测量的相控阵天线校准方法,该方法要求探头和被测天线固定,在移相器状态切换的条件下,利用测量探头接收的微波信号功率,测定出各单元初始激励的相对幅度和相对相位。由于不需要相位测量,可以保证测量稳定进行,尤其可以解决高频时相位测量精度问题。最后模拟了应用该方法对相控阵天线进行校准的全过程,模拟结果表明,该方法是正确有效的。     

新型电容位置传感器

该文叙连一种结构新颖的电容传感器的原理和特点及其线性度测试方法。并较详细地对所得结果作了分析,传感器的精度可达0.1％,实测线性度(包括测试线路)为0.9％左右,传感器的活动部分惯性小,具有易制造、成本低、工作可靠等优点。不仅适用于快速伺服系统中作位量反馈元件,而且能用于遥测系统中作高精度角位移测量元件,是一种很有发展前途的传感器。     

非接触式表面电位探针设计与研制概述

在月球环境地面模拟实验室中,月表土壤的模拟带电情况测试需要用到非接触式表面电位探针。文章设计了一种非接触式表面电位探针,利用压电陶瓷外加驱动电压可产生形变的原理,以正弦电压信号驱动压电陶瓷周期振动,引起陶瓷片与被测带电体表面间电容变化从而产生感应电流,通过对感应电流的测量计算得出被测表面的静电电位。在实际工作中,其测量范围可达到0~4000V,测量精度优于5%。该仪器可广泛应用于表面静电带电测量及其他空间静电带电测量项目。     

非金属物体厚度测量电路的设计与分析

论文分析了电容检测技术在非金属厚度检测中的应用,设计了电容测量电路对电容传感元件输出的电容值进行测量,并详细介绍其电路结构与功能.利用该测量系统对非金属的厚度进行测量,方法可行,为现有的非金属厚度检测增添了一种新方法.     

富氧燃气发生器液氧供应系统频率特性分析

为了研究富氧发生器液氧供应系统的动态特性,详细考虑液氧头腔中的流动过程和喷嘴动力学环节,建立了系统的传递矩阵模型。计算了系统在发生器室压扰动下的频率响应特性,并分析液氧头腔体积、喷嘴压降、喷嘴惯性和发动机工况对液氧供应系统动态响应的影响。结果表明,由于液氧头腔的容积较大,液氧喷注导纳主要取决于头腔和喷嘴的动态特性,出口流量幅值在很宽的频率范围内都较高。增大头腔体积,则增大出口流量的幅值,降低头腔中压力响应幅值。适当提高喷注压降或喷注单元的惯性,都能降低液氧喷注导纳的幅值。在低工况下出口流量幅值在300～800Hz之间增大,不利于该频率范围的耦合稳定性。     

矢量拟合法在滤波器参数提取中的应用

文章介绍了对滤波器进行参数提取的解析方法,并对关键的导纳参数Y曲线拟合准确性进行研究。通过与常规的最小二乘法求解超定方程组进行结果对比,给出了一种用于准确拟合导纳矩阵l,参数的方法——矢量拟合法,最后用8阶滤波器的S参数进行验证。     

微型固体火箭发动机推力测量

通过对推力剂测量系统的分析，并根据微型固体火箭发动机的特点，采用减轻试验系统活动部份的质量，并对传感器施加预紧力，增强试验系统的刚性等技术措施，在微型固体火箭发动机的推力测量中有效地抑制了二阶振荡，文中还对传感器加预紧力的几个问题作了介绍。     

等效导纳模型分析航天器VHF/UHF频段屏蔽效能

针对VHF/UHF频段航天器舱体屏蔽处理难度大的问题,提出一种基于等效导纳模型的屏蔽效能分析方法。该方法将屏蔽舱体孔缝等效为波导结构,基于变分法原理建立水平电容和垂直电感模型,对参数失配和舱体厚度影响进行导纳匹配和孔缝宽度参数修正。采用传输线理论建立屏蔽效能分析数学模型。算例对比表明算法具有较高的分析精度,可有效分析孔缝不位于舱体中心位置和孔缝长度非波长整数倍时的屏蔽效能,并可准确预测舱体的谐振效应。将其应用到航天器舱体屏蔽效能分析中,对比结果表明算法可有效满足工程应用要求。     

“风云二号”卫星噪声试验高频段控制问题研究

文章对“风云二号” 04卫星噪声试验进行了回顾,其声谱控制未能完全满足试验大纲要求的原因主要有硬件配置、控制系统参数设置等方面。经过理论分析和调试检验,决定从3个方面来解决,即:高频电气换能器EPT-200作为必须参试的设备;试验过程中电气换能器的工作介质（液氮汽化并升温后的氮气）压力不能太低;控制参数可根据试验前调试的情况作适当的修正。最终圆满完成了该型号05卫星以及06卫星的噪声试验。     

微机械技术与微传感器发展——21 世纪航天传感器技术展望

论述了微机械技术对传感器发展的巨大推动作用及其在航天传感器上的应用前景，并介绍了微机械技术在传感器上近期应用研究的主要内容。     

金属构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。通过实验研究发现,裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中更为方便、实用。     

对称恒定电流激励动态应变测量技术的 分析与应用研究

对称恒定电流激励技术是使用一对匹配的恒定电流源激励只有一个工作应变片的应变测量方法。这项技术提供了非常强的抑制静电噪声拾波干扰的能力,应用于只要求使用2线连接的动态应变测量或应变型传感器这种无抗干扰连接的方式。文章介绍了这种新型动态应变测量技术的特点,并与传统的使用惠斯顿电桥和单端恒定电流源激励的技术进行了比较。此技术还可以提供检测传感器健康状态和连接电缆状态的方法。     

波导双工器的快速精确设计

文章结合模式匹配法和多模导纳矩阵理论，对波导型双工器进行分析设计，开发了一种快速精确的波导型双工器的设计程序，给出双工器设计中需要注意的关键技术问题。设计制作了含有弯波导结构的Ku波段双工器，理论与实测曲线吻合良好，为设计波导双工器提供了一种思路。     

纤维缠绕复合材料层间质量声-超声无损评价

叙述了用声－超声进行复合材料危害性缺陷无损评价的研究，认为，声－超声信号在试样厚度上产生纵不皮共振，使得频谱能量集中在某些频率点附近，而声波又以切波的形式由发射换能器传向接收换能器，可用声－超声谱峰的位置来无损评价纤维缠绕增强型复合材料的层间结合质量。实验结果表明这一参量对纤维增强型合材料中的分层或紧贴型分层比较灵敏。