一种航天器滑环电阻状态监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种航天器滑环电阻状态监测装置及方法，所述监测装置包括敏感元模块、信号调理采集模块、信号处理模块和无线通讯模块。本发明专利技术通过利用航天器导电滑环损伤导致电刷和环路之间的电阻值变化的特点，采用高精度采样组件实现对导电滑环接触电阻值变化的快速检测，通过与建立的动态标准环路电阻比较，使测量的接触电阻更加准确；使用频谱分析法，发现时域分析不易察觉的故障和潜在故障。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器滑环电阻状态监测装置及方法
本专利技术涉及航空航天
，尤其涉及一种航天器滑环电阻状态监测装置及方法。
技术介绍
近几十年来，随着我国对航空航天的不断大力投入，我国在尖端航空航天技术上取得了不错的突破，而尖端设备大量使用的导电滑环等关键部位的性能直接决定了设备的使用寿命与工作性能。航天器导电滑环是实现两个相对隔离的旋转装置间信号、电能传输的装置，其结构上主要由滑环体、电刷组件、组合支架、向心球轴承、轴承端盖等部件构成。精密导电滑环组件属于精密组件，滑环工作上要求可靠、信号失真度小、性能稳定、传输准确度高等特点，整体设计结构紧凑、工作环道多、噪音低、使用寿命长且安装方便等优点。在导电滑环工作的过程中，其主要性能参数的变化与其工作稳定性、可靠性及寿命有很大的关系，并且存在一定的可靠性风险，例如，电刷与环圈相互磨损会产生沉积电介质,从而使得该环路接触电阻变化量变大；环圈变形也会导致环路接触电阻变化量变大，环圈变形有很多因素,主要原因是时效处理不够,应力释放不均匀,导致结构变形,从而使得接触电阻变化量变大。目前，国内尚未制定导电滑环实时监测的相关方法或标准，因此对于滑环的实时监测还是一片空白。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种航天器滑环电阻状态监测装置及方法，针对航天器滑环的特殊结构，在保证滑环电阻值监测效果的同时，采用简化结构设计，提高监测装置的可靠性和稳定性。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种航天器滑环电阻状态监测装置，包括敏感元模块、信号调理采集模块、信号处理模块和无线通讯模块；所述敏感元模块位于所述滑环靠近太阳能帆板供电线一侧，连接在被监测滑环电能传输通路上的电刷之间，采集电流和电压信号；所述敏感元模块与监测的滑环电阻数量相同，一一对应连接；所述信号调理采样模块对所述敏感元模块采集到的电流和电压信号进行幅值调理和降噪后进行AD变换，得到数字化电流和电压信号；所述监测信号处理模块根据数字化电流和电压信号，计算滑环的实时电阻值R(t)；根据标准环路电阻R标(t)计算接触电阻ΔR(t)；根据接触电阻ΔR(t)的大小，判定滑环是否出现故障；所述的通讯模块采用无线通讯方式实时传输出现的故障信息，定时传输所述监测信号处理模块的监测数据。进一步地，所述敏感元模块包括电压采集组件和电流采集组件；所述电压采集组件由电压传感器件构成，实时测量电刷两端电压信号；所述电流采集组件由电流传感器件构成，实时测量滑环电能传输通路上的电流信号；所述电压采集组件和电流采集组件的采集频率大于等于3.6Hz。进一步地，所述标准环路电阻R标(t)为动态电阻值，为对多路滑环监测获得电阻值滤波后再取平均后得到的电阻值。进一步地，所述接触电阻ΔR(t)＝R(t)-R标(t)，比较接触电阻ΔR(t)与设置的监测阈值，判定滑环是否出现故障；超过阈值，则认为滑环出现故障，将数据进行存储，并将异常情况进行上传报警；没有超过阈值，则，将数据进行存储，并继续采集信号。进一步地，所述监测阈值为标准环路电阻R标(t)的10％。一种航天器滑环电阻状态监测方法，包括以下步骤：步骤1、根据实时监测的滑环电信号值得到电刷两端的电阻值R(t)；步骤2、实时监测接触电阻ΔR(t)变化，来判断滑环是否出现故障；步骤3、对一定监测周期的滑环电阻值R(t)进行频谱分析，进一步进行滑环的故障预警。进一步地，步骤2包括以下子步骤：步骤201、对多路滑环监测获得电阻值滤波后再取平均后得到标准环路电阻R标(t)；步骤202、将监测的实时电阻值R(t)和标准环路电阻R标(t)相减得到监测接触电阻ΔR(t)，用式ΔR(t)＝R(t)-R标(t)表示；步骤203、比较接触电阻ΔR(t)与设置的监测阈值；超过阈值，则认为滑环出现故障，将数据进行存储，并将异常情况进行上传报警；没有超过阈值，则，将数据进行存储，并继续采集信号，所述监测阈值为标准环路电阻R标(t)的10％。进一步地，步骤3包括以下子步骤：步骤301、对一定监测周期的滑环电阻值R(t)进行FFT分析，得到监测谱F(w)；步骤302、通过将监测频谱F(w)与标准频谱F标(w)对比进行故障和故障原因的判定。进一步地，所述一定监测周期大于等于48小时。进一步地，所述监测频谱F(w)与标准频谱F标(w)的频谱谐波分量的变化量过大，则表明滑环存在磨损故障；所述监测频谱F(w)与标准频谱F标(w)的频谱主屏分量的变化量过大，则表明滑环存在滑环变形或者滑环轴离心。本专利技术有益效果如下：通过利用航天器导电滑环损伤导致电刷和环路之间的电阻值变化的特点，利用高精度采样组件来实现对导电滑环接触电阻值变化的快速检测，通过与建立的动态标准环路电阻比较，使测量的接触电阻更加准确；使用频谱分析法，可发现时域分析不易察觉的故障和潜在故障。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为航天器滑环电阻状态监测装置组成框图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术的一个具体实施例，公开了一种航天器滑环电阻状态监测装置，如图1所示，包括敏感元模块、信号调理采集模块、信号处理模块和无线通讯模块；所述敏感元模块位于所述滑环靠近太阳能帆板供电线一侧，连接在被监测的滑环电能传输通路上的电刷之间，采集滑环电阻的电流和电压信号；所述敏感元模块与航天器滑环的环路一一对应；当航天器滑环的环路为一路时，敏感元模块为一个；当航天器滑环的环路为多路时，敏感元模块的数量与航天器滑环的环路数量相同，并对应连接；所述敏感元模块包括电压采集组件和电流采集组件；所述电压采集组件由电压传感器件构成，实时测量电刷两端电压信号，测量精度优于0.001，响应时间小于1微秒；所述电流采集组件由电流传感器件构成，实时测量滑环电能传输通路上的电流信号，测量精度优于0.001，响应时间小于1微秒；电压采集组件和电流采集组件的采集频率大于等于3.6Hz。所述信号调理采样模块对所述敏感元模块采集到的电流和电压弱信号进行幅值调理和降噪后进行AD变换，得到数字化滑环的电流和电压信号；所述幅值调理和降噪，使采集信号满足AD变换输入范围；所述AD变换的位数为16位，形成16位的数字化滑环的电流数据和16位的数字化滑环的电压数据。所述监测信号处理模块对数字化滑环的电流和电压信号进行处理，实时监测并存储电刷两端的电阻值R(t)；建立动态的标准环路电阻R标(t)，由于工作时电刷划过滑环，接入回路的滑环电阻实时变化，所述标准环路电阻R标(t)为动态电阻值，在实施例中，对监测的多路滑环电阻值R(t)滤波后，再取平均后得到的电阻值为标准环路电阻R标(t)；通过实时电阻R(t)与标准环路电阻R标(t)的比较，得到接触电阻ΔR(t)＝R(t)-R标(t)；设置监测阈值为标准环路电阻R标(t)的10％；监测信号处理模块实时监测接触电阻ΔR(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天器滑环电阻状态监测装置，其特征在于，包括敏感元模块、信号调理采集模块、信号处理模块和无线通讯模块；所述敏感元模块位于所述滑环靠近太阳能帆板供电线一侧，连接在被监测滑环电能传输通路上的电刷之间，采集电流和电压信号；所述敏感元模块与监测的滑环电阻数量相同，一一对应连接；所述信号调理采样模块对所述敏感元模块采集到的电流和电压信号进行幅值调理和降噪后进行AD变换，得到数字化电流和电压信号；所述监测信号处理模块根据数字化电流和电压信号，计算滑环的实时电阻值R(t)；根据标准环路电阻R标(t)计算接触电阻ΔR(t)；根据接触电阻ΔR(t)的大小，判定滑环是否出现故障；所述的通讯模块采用无线通讯方式实时传输出现的故障信息，定时传输所述监测信号处理模块的监测数据。

【技术特征摘要】
1.一种航天器滑环电阻状态监测装置，其特征在于，包括敏感元模块、信号调理采集模块、信号处理模块和无线通讯模块；所述敏感元模块位于所述滑环靠近太阳能帆板供电线一侧，连接在被监测滑环电能传输通路上的电刷之间，采集电流和电压信号；所述敏感元模块与监测的滑环电阻数量相同，一一对应连接；所述信号调理采样模块对所述敏感元模块采集到的电流和电压信号进行幅值调理和降噪后进行AD变换，得到数字化电流和电压信号；所述监测信号处理模块根据数字化电流和电压信号，计算滑环的实时电阻值R(t)；根据标准环路电阻R标(t)计算接触电阻ΔR(t)；根据接触电阻ΔR(t)的大小，判定滑环是否出现故障；所述的通讯模块采用无线通讯方式实时传输出现的故障信息，定时传输所述监测信号处理模块的监测数据。2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述敏感元模块包括电压采集组件和电流采集组件；所述电压采集组件由电压传感器件构成，实时测量电刷两端电压信号；所述电流采集组件由电流传感器件构成，实时测量滑环电能传输通路上的电流信号；所述电压采集组件和电流采集组件的采集频率大于等于3.6Hz。3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述标准环路电阻R标(t)为动态电阻值，为对多路滑环监测获得电阻值滤波后再取平均后得到的电阻值。4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述接触电阻ΔR(t)＝R(t)-R标(t)，比较接触电阻ΔR(t)与设置的监测阈值，判定滑环是否出现故障；超过阈值，则认为滑环出现故障，将数据进行存储，并将异常情况进行上传报警；没有超过阈值，则，将数据进行存储，并继续采集信号。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：郑中信，张济龙，赵川，许振丰，曲润峰，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11