火箭測(cè)試應(yīng)用及其挑戰(zhàn)

火箭有成千上萬(wàn)個(gè)獨(dú)立的機(jī)械部件和技術(shù)子系統(tǒng)，它們的可靠性是火箭發(fā)射成功的主要因素。

在起飛前的倒計(jì)時(shí)期間，必須對(duì)所有這些組件的正確功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文介紹了一種用于火箭研制階段和發(fā)射倒計(jì)時(shí)期間火箭表面變形、振動(dòng)和關(guān)鍵點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

火箭測(cè)試挑戰(zhàn)在于，信號(hào)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)交流系統(tǒng)必須在靠近DUT的掩體中，以保護(hù)系統(tǒng)免受火箭發(fā)射過(guò)程中釋放的巨大物理力的影響。為了安全起見(jiàn)，系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集被分割到幾個(gè)獨(dú)立的冗余子系統(tǒng)中。這些子系統(tǒng)設(shè)置在幾個(gè)局部分布的掩體中，以避免在任何意外和安全關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)然，出于安全考慮，在倒計(jì)時(shí)和起飛期間是不允許進(jìn)入這些掩體的。因此，數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)移到控制室，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須從那里控制。

DEWETRON的應(yīng)用解決方案

DEWETRON針對(duì)這一復(fù)雜應(yīng)用的解決方案分為三個(gè)不同的部分:

一個(gè)256通道信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)

兩個(gè)256通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

由四個(gè)獨(dú)立工作站組成的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

整個(gè)結(jié)構(gòu)的框圖如上圖所示

信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)

信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)由160個(gè)DAQP-STG模塊、96個(gè)DAQP-THERM模塊和8個(gè)DEWE 30-32信號(hào)調(diào)理架組成。

DAQP-STG和DAQP-THERM模塊可以從(full, half, 120 Ω和350 Ω quarter)橋傳感器獲得恒定電壓(12V)和電流(20mA)激勵(lì)的信號(hào)。此外，RTD傳感器(25 mΩ到100 kΩ)和電壓可達(dá)±10 V的信號(hào)可以連接直接到這些模塊。隔離信號(hào)調(diào)理路徑完全模擬，確保可靠性要求。DAQP-THERM模塊(見(jiàn)右側(cè)圖3)支持廣泛的不同類型的熱電偶(K, J, T, R, S, N, E, B, L, C, U)。在輸出端，DAQP-STG和DAQP-THERM模塊為所有這些信號(hào)提供一個(gè)條件±5 V的信號(hào)。模塊可以通過(guò)RS-485接口進(jìn)行編程。

DEWE-30-32信號(hào)調(diào)理機(jī)架

DEWE 30-32機(jī)架是DAQP模塊的32個(gè)槽的信號(hào)調(diào)理機(jī)架。

DAQP模塊的條件±5v輸出信號(hào)可以分配到一個(gè)，兩個(gè)甚至三個(gè)測(cè)量系統(tǒng)并行(可選的±10v輸出也可)。并行信號(hào)輸出使DEWE 30-32成為安全關(guān)鍵測(cè)試的專用信號(hào)調(diào)理解決方案，在任何情況下都必須避免數(shù)據(jù)丟失。只需將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分成兩個(gè)或三個(gè)冗余系統(tǒng)，以防其中一個(gè)系統(tǒng)在關(guān)鍵安全性或破壞性測(cè)試中出現(xiàn)故障。這種安全關(guān)鍵應(yīng)用選擇了三重信號(hào)輸出。所有信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)到兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以冗余存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。第三個(gè)信號(hào)輸出是保留的信號(hào)檢查期間傳感器應(yīng)用及故障排除。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DEWE2-M13

使用TRION-1802-dLV板，TRION-1802-dLV板提供16個(gè)差動(dòng)或32個(gè)單端輸入通道，可達(dá)±10v。每個(gè)通道都用一個(gè)單獨(dú)的18位SAR a / d轉(zhuǎn)換器采樣，可達(dá)200 kS/s。此外，每個(gè)通道提供一個(gè)可自由編程的可選的車載濾波器，具有可選的二階、四階、六階或八階貝塞爾或巴特沃思特性。此外，該板還提供一個(gè)RS-485接口，2個(gè)計(jì)數(shù)器輸入，1個(gè)CAN總線，8個(gè)數(shù)字輸入和4個(gè)數(shù)字輸出TRION-1802-dLV板平均分成兩臺(tái)DEWE2-M13數(shù)據(jù)采集主機(jī)。每臺(tái)DEWE2-M13配置8塊TRION-1802-dLV板，作為獨(dú)立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，256路輸入，對(duì)DAQP模塊的信號(hào)進(jìn)行冗余數(shù)字化處理。兩個(gè)DEWE2-M13都通過(guò)以太網(wǎng)連接到另外四臺(tái)桌面電腦。桌面pc安裝在控制室，用于數(shù)據(jù)監(jiān)控和觸發(fā)測(cè)量，而DEWE2-M13安裝在靠近DUT的地方，以保持電纜長(zhǎng)度盡可能短。

OXYGEN數(shù)據(jù)采集軟件

DEWETRON的OXYGEN數(shù)據(jù)采集軟件是核心組件，它將所有這些獨(dú)立的硬件組件組合成一個(gè)大型的、本地分布的、冗余的測(cè)量系統(tǒng)。OXYGEN軟件在DEWE2-M13大型機(jī)上運(yùn)行，并在兩個(gè)系統(tǒng)上本地冗余地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。DAQP模塊配置也由OXYGEN軟件完成，因?yàn)椴粌H信號(hào)連接，而且在DEWE2-M13和每個(gè)DEWE 30-32之間安裝了RS-485接口。此外，OXYGEN軟件以太網(wǎng)發(fā)送器插件將從DAQP模塊獲取的信號(hào)以較低的采樣率通過(guò)UDP數(shù)據(jù)流輸出，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲煌刂剖业淖烂鎝c上。在臺(tái)式電腦上也安裝了OXYGEN軟件。

在接收端，使用以太網(wǎng)接收器插件再次解碼UDP數(shù)據(jù)流。該功能確保了數(shù)據(jù)可以分發(fā)到不同的接收器，每個(gè)接收器只能可視化和監(jiān)視對(duì)該系統(tǒng)重要的特定信號(hào)，而不會(huì)被其他信號(hào)干擾。當(dāng)信號(hào)達(dá)到一定的閾值時(shí)，減少的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)存儲(chǔ)在每臺(tái)桌面PC上進(jìn)行分析和后處理。此外，觸發(fā)器命令可以通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到DEWE2-M13大型機(jī)來(lái)控制它們的記錄狀態(tài)。

綜上所述，信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成:

> 160x DAQP-STG

> 96x DAQP-THERM

> 8x DEWE 30-32具有三冗余信號(hào)輸出

> 2x DEWE2-M13

> 16x TRION-1802-dLV

> 4x臺(tái)式電腦

> 6xOXYGEN數(shù)據(jù)采集軟件

使用DEWETRON硬件進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)的好處

純模擬信號(hào)調(diào)理

DAQP-STG模塊在輸入端提供純模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器，在輸出端提供有條件的±5 V信號(hào)邊，中間沒(méi)有任何數(shù)字組件(見(jiàn)圖6)。這確保了可靠性，并將DAQP模塊變成信號(hào)調(diào)理方案。

冗余數(shù)據(jù)采集

DEWE 30-32信號(hào)調(diào)理架為每個(gè)組裝的DAQP模塊提供單、雙或三重模擬信號(hào)輸出放到架子上。

對(duì)于這種特定的應(yīng)用，選擇了三重信號(hào)輸出。這意味著條件±5v信號(hào)在每個(gè)DAQP模塊的輸出端可以拾取三次。一方面，將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DEWE2-M13)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄

另一方面，一個(gè)信號(hào)輸出是保留的信號(hào)檢查在傳感器組裝和情況下的故障排除。這意味著，即使兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的一個(gè)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，而且不會(huì)丟失在第二大型機(jī)上可用。

高度模塊化

如果DAQP-STG或DAQP-THERM信號(hào)調(diào)節(jié)器因使用原因需要校準(zhǔn)或檢查，則是可能只拔下這個(gè)特定的信號(hào)調(diào)節(jié)器，并更換它的另一個(gè)或留下插槽空，而其余的整個(gè)系統(tǒng)還在正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，該系統(tǒng)的單個(gè)組件(DAQP模塊，DEWE 30-32和DEWE2-M13)都是獨(dú)立工作的，可以拆分為幾個(gè)小型數(shù)據(jù)采集和信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)。

高通道密度

TRION-1802-dLV板在一個(gè)37針DSUB連接器上提供16個(gè)差動(dòng)或32個(gè)單端輸入通道(±10v)。每個(gè)通道都用一個(gè)單獨(dú)的18位SAR a /D轉(zhuǎn)換器采樣，可達(dá)200 kS/s，并提供選擇性的表板上低通濾波器。該板與DEWE2-M13相結(jié)合，使您的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為一個(gè)高通道計(jì)數(shù)系統(tǒng)，在一個(gè)19英寸的機(jī)架中，單個(gè)主機(jī)僅占用5U，可達(dá)416個(gè)模擬輸入通道。