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。     

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。     

基于高频导纳原理的液位传感器

介绍一种新型液位传感器。分析传统电容液位传感器在实用中的局限性,提出一种防挂料原理,变传统的单纯测量探头电容变化为测量在液位变化下探头的复阻抗的变化,并利用同步整流技术,抵消导电介质挂料造成的虚假信号。设计上,通过合理选取有关参数,避免了信号变换器和探头分置时分布电容的影响,使传感器可以用在高温介质测量场合。     

低温推进剂加注液位信号智能处理技术研究

低温加注系统是运载火箭发射场地面支持设备的重要组成部分,包括低温介质的储存、运输、供给、控制以及安全等内容。由于低温推进剂本身存在低温沸腾、易挥发的特性,其加注过程十分复杂,为满足新一代运载火箭推进剂精准的加注要求,需要实时准确监测加注过程中贮箱内的液位高度。本文针对火箭地面加注过程的液位信号数据,对其三角波电压和线性波电压的特征进行分析、提取,基于BP（Back Propagation,反向传播）神经网络算法完成对不同加注状态的识别检测,并应用于传感器节数判别,优化了液位计算算法,降低了节数人为干预需求,提高了液位测量准确性。经实验测试验证,该方法可有效识别低温加注状态,识别准确率达到90%以上,用于液位信号处理中可显著提升液位高度计算的准确性。     

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。     

超低温环境下光纤布里渊频移特性研究

针对高温差和超低温广泛存在的空间环境,了解航天器材料及结构的热应变稳定性对于保障航天环境模拟地面试验的可靠性具有重要意义。布里渊光时域分析（BOTDA）技术能够同时检测温度和应变,且具有高精度、长传感距离、抗电磁干扰及低成本等优势,但作为传感元件的光纤能否适应空间冷黑环境还未可知。文章首先利用BOTDA解调仪获取了2种典型标准单模光纤在超低温下的布里渊增益谱（BGS）,然后通过实验数据分析光纤的超低温性能,最终标定了2种光纤的温度和应变系数。结果表明,受试光纤在超低温下仍能形成洛伦兹形状的BGS,且实际频移量与低温对应的理论频移量一致,满足超低温空间环境下BOTDA传感器的测温范围要求。     

基于LabView的电容测微仪静态参数在线虚拟标定方法的研究

电容测微仪是将位移的微变转换为电压的微变的仪器。准确快速标定电容传感器静态参数是实现精密测量的前提和关键。根据传感器标定理论要求与电容式传感器的实际情况,提出一种对电容式传感器静态参数进行标定的方法。该方法采用了LabView软件编写数据采集程序,对逐次采集的电压进行存储并计算,按照不同的评价原理自动得到性能参数。实验结果证明,此种标定方法精确、快速,可推广到其他类传感器的标定。     

基于LabView的电容测微仪静态参数在线虚拟标定方法的研究

电容测微仪是将位移的微变转换为电压的微变的仪器.准确快速标定电容传感器静态参数是实现精密测量的前提和关键.根据传感器标定理论要求与电容式传感器的实际情况,提出一种对电容式传感器静态参数进行标定的方法.该方法采用了LabView软件编写数据采集程序,对逐次采集的电压进行存储并计算,按照不同的评价原理自动得到性能参数.实验结果证明,此种标定方法精确、快速,可推广到其他类传感器的标定.     

便携式微小电容测试仪的设计

为了便于测量液体火箭发动机试验台贮箱中电容式液位计的电容值,设计了一种便携式电容测量仪。该系统是一款基于MSP430F449微控制器的数字便携式测试仪表,通过利用单片机内嵌的12位高速A/D转换器,实现高精度数据采集,通过LCD12864实现电容值的显示。分别从电容检测原理、系统硬件电路设计和微控制器软件编程三个方面详细阐述了该智能测量仪器的设计原理和实现方法。该仪表具有三端测量功能,可测量带长线缆的电容式传感器的电容值。电容测量范围为10～9 999 pF,精度可达1 pF。     

薄膜电容式压力传感器

介绍了利用薄膜工艺制作的一种电容式压力传感器。此种传感器除具有高的常态精度外，突出优点是温度和时间稳定性好，寿命长。介绍此种传感器结构和变换电路的设计思路并分析了此产品在航天测试领域中的应用前景。     

可调低温环境压力传感器校准装置实现

介绍了压力传感器超低温环境下现场校准装置原理及组成,论述校准装置主要技术指标计算方法、温度调节控制算法,结合液氧推进剂条件压力参数校准要求,给出了试验现场压力传感器校准装置具体实现方案.通过低温传感器现场校准数据与不确定度计算,验证了低温压力传感器校准装置的可行性和数据准确性.     

基于压力变送器及智能仪表的箱压自动控制技术

目前发动机地面试验过程中的泵入口压力控制主要是通过控制介质贮箱内压力来实现的.介绍了大型液体火箭发动机研制试验中介质贮箱压力自动控制的一种新方法,这种方法集试验过程信号采集、动态工艺参数显示、上下限设定值显示、报警显示输出及自动控制为一体,减小了手动调节箱压继电器的操作误差,使系统的可靠性得到了很大程度的提高.     

超低温精密智能铂电阻温度变换器设计

以16位MSP430CPU为核心,通过可编程增益模数转换器AD7715的应用,实现涵盖超低温度在内的全量程温度测量。利用AD7715自带的校准功能,消除增益与零点的漂移和误差,设计出免于调试、可完全互换的铂电阻测试数字化、智能化平台。通过不同温度段温度--电阻函数,解决温度精确计算的难题。测试结果表明:智能铂电阻温度变换器可以与各不同温度段的铂电阻温度传感器匹配,通过简便的传感器校准特性输入设置,消除通用传感器特性造成的误差,获得更高的测试精度。     

S7-300液位控制系统下位机的实现

利用以太网,结合西门子现场总线搭建了过程控制平台,完成了对温度、压力、流量和液位这些典型过程参数的采集、存储和分析,并利用PID算法通过对变频器、电控阀门的控制,实现恒压供水任务,进而完成对于水箱液位稳定的控制。     

虚拟仪器和神经网络在粮食水分检测中的应用

在粮食水分检测过程中,水分含量受温度的影响很大,本文详细叙述了利用神经网络的算法在虚拟仪器软件中减小温度对粮食水分测量的影响,实现温度对水分测量的补偿。采用电容式传感器和温度传感器经过信号的调理电路输出标准电信号直接输入NI数据采集器,通过数据采集器把水分和温度电压值送入计算机,然后采用神经网络的算法,减小温度对水分测量结果的影响,从而实现虚拟仪器的温度补偿功能。     

工艺检测技术发展简介

工艺检测技术又称为生产过程中的自动检测技术,是本世纪六十年代后形成的一门独立学科,它与传统的检测方法根本不同,主要是利用各种传感器(转换元件)制造出高精度的测量装置,此装置不仅能自动地、灵敏地检测出各种被测参数,而且可与数据处理系统结合在一起实现电子技术与测量技术一体化,对生产过程进行自动的检测与控制。目前,自动检测技术在工业发达国家发展较快,尤其进入八十年代以后,随着微计算机的扩大应用,各种     

推进剂贮罐群液位自动监测系统

设计的推进剂贮罐群液位自动监测系统，利用超声波对贮罐内推进剂的液位进行连续检测，实现了真正的非接触式测量，仪器安装维护简便，工作稳定可靠；系统利用RS-485进行数据通信，实现了对罐区贮罐液位的远程集中自动监测，要以和其它的系统方便地进行连接。     

S7-300液位控制系统下位机的实现

利用以太网,结合西门子现场总线搭建了过程控制平台,完成了对温度、压力、流量和液位这些典型过程参数的采集、存储和分析,并利用PID算法通过对变频器、电控阀门的控制,实现恒压供水任务,进而完成对于水箱液位稳定的控制.     

地磁传感器在自旋导弹惯测组合中的应用研究

为了提高自旋导弹控制的性能,采用自旋导弹的惯测组合来扩充实时测量导弹在飞行过程中运动状态的能力。由于目前速率陀螺的量程和精度都不能满足测量自旋导弹大旋转速度的需求,因此在惯测组合中用地磁场传感器代替速率陀螺来测量绕弹体纵轴的角速度。本文主要利用地磁场传感器组合对自旋导弹滚转角、滚转周期的确定原理及工程可实现性进行研究,给出了采用敏感轴分别在弹体坐标系Oy1和Oz1方向的2个地磁场传感器实现自旋角速度测量的结构设计,分析了产生奇异的条件和地磁场传感器惯测组合的可行性,推导了利用地磁场传感器实现滚动角和滚动周期测量的计算公式和计算流程,对所研究的结果通过了实物试验验证。