CN106546813B - 一种大冷量低温制冷***功率标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种大冷量低温制冷***功率标定装置及方法，装置包括被测对象、地检台、环境模拟设备、测试设备。其中，所述被测对象包括低温制冷机、制冷控制盒、管理盒；所述地检设备包括地检台、电源箱；所述环境模拟设备包括真空罐、温控仓；所述测试设备包括功率计、仪器小仓、测试电缆、万用表、计算机及测试软件；所述测试电缆包括穿罐通信电缆、供电电缆、内部通信电缆、控制盒输出功率电缆、制冷机输入功率电缆、电压测量电缆。采用本发明可以真实模拟星上在轨情况对大冷量制冷机进行功率标定。
Description
技术领域
本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种大冷量低温制冷***功率标定装置及方法，可用于对大冷量低温制冷***进行准确地功率标定，标定数据用于指导大冷量低温制冷***在轨应用。
背景技术
在空间遥感成像领域，低温制冷***是红外遥感器的重要组成部分，JB-11、SY-5、GF-4等卫星相机的小冷量低温制冷机在轨环境温度工作在20℃左右，而且小冷量低温制冷机功率较小，电缆及控制器的损耗较小，通常在实验室常温常压环境下进行功率标定。
而大冷量低温制冷机为了获取更多冷量，在轨工作在环境温度0℃或更低温度下。由于制冷机在不同温度下状态不同，大冷量低温制冷机无法在常规实验室环境下进行有效功率标定，因此需要模拟在轨真空低温环境对大冷量低温制冷机进行功率标定，从而得到不同环境温度下指令、焦面温度、制冷控制盒输出电压、输出功率及电压遥测函数关系，用于指导在轨应用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大冷量低温制冷***功率标定装置及方法，解决大冷量低温制冷***的功率标定问题。
本发明的技术解决方案是：一种大冷量低温制冷***功率标定装置，包括大冷量低温制冷***、地检设备、环境模拟设备、测试设备；
所述大冷量低温制冷***包括大冷量低温制冷机、制冷控制盒、管理盒；
所述地检设备包括地检台、电源箱；
所述环境模拟设备包括真空罐、温控仓、辐射散热板；
所述测试设备包括功率计、仪器小仓、万用表、计算机、功率计电源、测试电缆；
所述测试电缆包括穿罐通信电缆、穿罐供电电缆、内部通信电缆、制冷控制盒输出功率电缆、功率计连接电缆、大冷量低温制冷机输入功率电缆、电压测量电缆；
所述制冷控制盒输出功率电缆、功率计连接电缆和制冷大冷量低温制冷机输入功率电缆的电缆型号与在轨电缆相同，线长总长与在轨情况制冷控制盒和大冷量低温制冷机之间的功率线缆长度相等；
所述温控仓放置在真空罐内，仓体进行多层隔热包裹和温度控制，确保放置在温控仓内的管理盒、制冷控制盒、大冷量低温制冷机的控温点温度与实际在轨温度相等；
所述仪器小仓放置在真空罐内，通过波纹管与外界大气相通，仪器小仓和波纹管均进行多层隔热包裹和温度控制，确保功率计处于常温常压状态；
所述功率计放置在仪器小仓内，功率计电源通过电源线穿过波纹管给功率计供电，功率计通过穿过波纹管的网线与真空罐外的计算机连接，将功率计测量的信号传送给计算机，计算机通过软件将功率计上采集的制冷控制盒电压、电流、功率、功率因数等参数采集记录下来。
所述地检设备在真空罐外，通过穿罐供电电缆给管理盒、制冷控制盒供电，通过穿罐通信电缆与管理盒进行遥控遥测通信；管理盒与制冷控制盒通过内部通信电缆进行遥测遥控通信；制冷控制盒输出逆变后的正弦电，通过功率计测量后输送给大冷量低温制冷机；制冷控制盒同时通过测温线测量大冷量低温制冷机冷指的当前温度，通过管理盒送给地检设备；功率计测量制冷控制盒的出口电压、输出电流、输出功率、功率因数；万用表通过电压测量电缆分别测量制冷控制盒的入口电压、大冷量低温制冷机的入口电压；
所述地检台负责管理盒、制冷控制盒的加断电，以及指令的发送和遥测的接收；
所述大冷量低温制冷机通过辐射散热板进行表面温度的调节。
一种利用大冷量低温制冷***标定装置进行功率标定的方法，工作步骤如下：
1)将大冷量低温制冷机5压缩机通过辐射散热板12控制在20℃，管理盒7、制冷控制盒6通过温控仓11控制在40℃；
2)地检台8通过穿罐通信电缆19将指令发送给管理盒7，管理盒7通过将指令转发给制冷控制盒6；制冷控制盒6根据指令调整输出正弦波的幅值，驱动大冷量低温制冷机5降温；
3)通过地检台8、功率计13、万用表15、计算机16依次记录当前大冷量低温制冷机5压缩机、管理盒7、制冷控制盒6、焦面温度状态下的指令值以及制冷控制盒6输出电压、输出电流、输出功率，输出电压遥测，大冷量低温制冷机5输入电压值；
4)整理步骤3)形成的数据，得到当前状态下指令与制冷控制盒6输出电压、指令与输出电流、指令与输出功率、指令与输出电压遥测、指令与大冷量低温制冷机5输入电压的函数关系；
5)保持管理盒7、制冷控制盒6为20℃，大冷量低温制冷机5压缩机温度减小10℃，重复步骤2)-步骤4)进行测试，直至-10℃；
6)大冷量低温制冷机5压缩机温度标定点20℃、10℃、0℃、-10℃以外的其它函数关系，通过线性插值的方法获得；
7)管理盒7、制冷控制盒6减小20℃，重复步骤2)-步骤5)，直至0℃；
8)管理盒7、制冷控制盒6温度标定点40℃、20℃、0℃以外的其它函数关系，通过线性插值的方法获得。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、大冷量低温制冷机模拟在轨真空低温环境进行功率标定，消除了实验室环境温度与实际在轨温度差异带来的误差；
2、制冷控制盒至大功率低温制冷机之间的线型、线长与在轨状态一致，消除了大功率大电流驱动线缆不一致引起的标定误差；
3、标定过程管理盒、制冷控制盒的环境温度独立控制，然后通过线性插值得到其他环境温度的测量值，减小了采用单一环境温度标定时管理盒、制冷控制盒环境温度与在轨温度不一致对电压遥测精度的影响。
附图说明
图1为本发明组成示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图1所示，本发明一种大冷量低温制冷***功率标定装置，用于对大冷量低温制冷***进行功率标定，其特征在于包括：包括大冷量低温制冷***、地检设备、环境模拟设备、测试设备；
所述大冷量低温制冷***包括大冷量低温制冷机5、制冷控制盒6、管理盒7；
所述地检设备包括地检台8、电源箱9；
所述环境模拟设备包括真空罐10、温控仓11、辐射散热板12；
所述测试设备包括功率计13、仪器小仓14、万用表15、计算机16、功率计电源17、测试电缆；
所述测试电18包括穿罐通信电缆19、穿罐供电电缆20、内部通信电缆21、制冷控制盒6输出功率电缆22、功率计连接电缆23、大冷量低温制冷机5输入功率电缆24、电压测量电缆25；
所述制冷控制盒6输出功率电缆22、功率计连接电缆23和制冷大冷量低温制冷机5输入功率电缆24的电缆型号与在轨电缆相同，线长总长与在轨情况制冷控制盒6和大冷量低温制冷机5之间的功率线缆长度相等；
所述温控仓11放置在真空罐10内，仓体进行多层隔热包裹和温度控制，确保放置在温控仓11内的管理盒7、制冷控制盒6、大冷量低温制冷机5的控温点温度与实际在轨温度相等；
所述仪器小仓14放置在真空罐10内，通过波纹管26与外界大气相通，仪器小仓14和波纹管26均进行多层隔热包裹和温度控制，确保功率计处于常温常压状态；
所述功率计13放置在仪器小仓14内，功率计电源17通过电源线27穿过波纹管26给功率计13供电，功率计13通过穿过波纹管26的网线28与真空罐10外的计算机16连接，将功率计13测量的信号传送给计算机16，计算机16通过软件将功率计13上采集的制冷控制盒6电压、电流、功率、功率因数等参数采集记录下来。
所述地检设备在真空罐10外，通过穿罐供电电缆20给管理盒7、制冷控制盒6供电，通过穿罐通信电缆19与管理盒7进行遥控遥测通信；管理盒7与制冷控制盒6通过内部通信电缆21进行遥测遥控通信；制冷控制盒6输出逆变后的正弦电，通过功率计13测量后输送给大冷量低温制冷机5；制冷控制盒6同时通过测温线29测量大冷量低温制冷机5冷指的当前温度，通过管理盒7送给地检设备2；功率计13测量制冷控制盒6的出口电压、输出电流、输出功率、功率因数；万用表15通过电压测量电缆24分别测量制冷控制盒6的入口电压、大冷量低温制冷机5的入口电压；
所述地检台8负责管理盒7、制冷控制盒6的加断电，以及指令的发送和遥测的接收；
所述大冷量低温制冷机5通过辐射散热板12进行表面温度的调节。
1)真空罐10内壁控温在-200℃左右；温控仓11放置在真空罐10内，通过多层隔热包裹和加热片进行仓内温度控制；大冷量低温制冷***1包括大冷量低温制冷机5、制冷控制盒6、管理盒7，放置在温控仓11内，由温控仓11将环境温度的控制在40℃；
2)电源箱9给管理盒7、制冷控制盒6供电。地检台8直接控制管理盒7加电，地检台8将制冷控制盒6加电指令通过穿罐通信电缆19发送给管理盒7，管理盒7通过内部通信电缆21控制制冷控制盒6加电；制冷控制盒6加电后，运行自带程序，给大冷量低温制冷机5加电；
3)地检台8将大冷量低温制冷机5工作指令发送给管理盒7，管理盒7通过内部通信电缆21将指令转发给制冷控制盒6，制冷控制盒6根据指令调整输出正弦波的幅值；制冷控制盒6输出的正弦电通过功率计13测量后输送给大冷量低温制冷机5，驱动大冷量低温制冷机5降温；
4)制冷控制盒6同时通过测温线29测量大冷量低温制冷机5冷指的当前温度，通过管理盒7送给地检设备2；功率计13测量制冷控制盒6的出口电压、输出电流、输出功率、功率因数；万用表15通过电压测量电缆24分别测量制冷控制盒6的入口电压、大冷量低温制冷机5的入口电压；
5)通过地检台8、功率计13、万用表15、计算机16依次记录当前大冷量低温制冷机5压缩机、管理盒7、制冷控制盒6、焦面温度状态下的指令值以及制冷控制盒6输出电压、输出电流、输出功率，输出电压遥测，大冷量低温制冷机5输入电压值；
6)整理步骤5)形成的数据，得到当前状态下指令与制冷控制盒6输出电压、指令与输出电流、指令与输出功率、指令与输出电压遥测、指令与大冷量低温制冷机5输入电压的函数关系；
7)保持管理盒7、制冷控制盒6为20℃，大冷量低温制冷机5压缩机温度减小10℃，重复步骤3)、4)、5)、6)进行测试，直至-10℃；
8)大冷量低温制冷机5压缩机温度标定点20℃、10℃、0℃、-10℃以外的其它函数关系，通过线性插值的方法获得；
9)管理盒7、制冷控制盒6减小20℃，重复步骤3)、4)、5)、6)、7)、8)，直至0℃；
10)管理盒7、制冷控制盒6温度标定点40℃、20℃、0℃以外的其它函
数关系，通过线性插值的方法获得。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (2)
1.一种大冷量低温制冷***功率标定装置，其特征在于：包括大冷量低温制冷***、地检设备、环境模拟设备、测试设备；
所述大冷量低温制冷***包括大冷量低温制冷机(5)、制冷控制盒(6)、管理盒(7)；
所述地检设备包括地检台(8)、电源箱(9)；
所述环境模拟设备包括真空罐(10)、温控仓(11)、辐射散热板(12)；
所述测试设备包括功率计(13)、仪器小仓(14)、万用表(15)、计算机(16)、功率计电源(17)、测试电缆；
所述测试电缆包括穿罐通信电缆(19)、穿罐供电电缆(20)、内部通信电缆(21)、制冷控制盒(6)输出功率电缆(22)、功率计连接电缆(23)、大冷量低温制冷机(5)输入功率电缆(24)、电压测量电缆(25)；
所述制冷控制盒(6)输出功率电缆(22)、功率计连接电缆(23)和制冷大冷量低温制冷机(5)输入功率电缆(24)的电缆型号与在轨电缆相同，线长总长与在轨情况制冷控制盒(6)和大冷量低温制冷机(5)之间的功率线缆长度相等；
所述温控仓(11)放置在真空罐(10)内，仓体进行多层隔热包裹和温度控制，确保放置在温控仓(11)内的管理盒(7)、制冷控制盒(6)、大冷量低温制冷机(5)的控温点温度与实际在轨温度相等；
所述仪器小仓(14)放置在真空罐(10)内，通过波纹管(26)与外界大气相通，仪器小仓(14)和波纹管(26)均进行多层隔热包裹和温度控制，确保功率计处于常温常压状态；
所述功率计(13)放置在仪器小仓(14)内，功率计电源(17)通过电源线(27)穿过波纹管(26)给功率计(13)供电，功率计(13)通过穿过波纹管(26)的网线(28)与真空罐(10)外的计算机(16)连接，将功率计(13)测量的信号传送给计算机(16)，计算机(16)通过软件将功率计(13)上采集的制冷控制盒(6)电压、电流、功率、功率因数参数采集记录下来；
所述地检设备在真空罐(10)外，通过穿罐供电电缆(20)给管理盒(7)、制冷控制盒(6)供电，通过穿罐通信电缆(19)与管理盒(7)进行遥控遥测通信；管理盒(7)与制冷控制盒(6)通过内部通信电缆(21)进行遥测遥控通信；制冷控制盒(6)输出逆变后的正弦电，通过功率计(13)测量后输送给大冷量低温制冷机(5)；制冷控制盒(6)同时通过测温线(29)测量大冷量低温制冷机(5)冷指的当前温度，通过管理盒(7)送给地检设备(2)；功率计(13)测量制冷控制盒(6)的出口电压、输出电流、输出功率、功率因数；万用表(15)通过电压测量电缆(24)分别测量制冷控制盒(6)的入口电压、大冷量低温制冷机(5)的入口电压；
所述地检台(8)负责管理盒(7)、制冷控制盒(6)的加断电，以及指令的发送和遥测的接收；
所述大冷量低温制冷机(5)通过辐射散热板(12)进行表面温度的调节。
2.一种利用权利要求1所述的一种大冷量低温制冷***功率标定装置进行功率标定的方法，其特征在于步骤如下：
1)将大冷量低温制冷机(5)压缩机通过辐射散热板(12)控制在20℃，管理盒(7)、制冷控制盒(6)通过温控仓(11)控制在40℃；
2)地检台(8)通过穿罐通信电缆(19)将指令发送给管理盒(7)，管理盒(7)通过将指令转发给制冷控制盒(6)；制冷控制盒(6)根据指令调整输出正弦波的幅值，驱动大冷量低温制冷机(5)降温；
3)通过地检台(8)、功率计(13)、万用表(15)、计算机(16)依次记录当前大冷量低温制冷机(5)压缩机、管理盒(7)、制冷控制盒(6)、焦面温度状态下的指令值以及制冷控制盒(6)输出电压、输出电流、输出功率，输出电压遥测，大冷量低温制冷机(5)输入电压值；
4)整理步骤3)形成的数据，得到当前状态下指令与制冷控制盒(6)输出电压、指令与输出电流、指令与输出功率、指令与输出电压遥测、指令与大冷量低温制冷机(5)输入电压的函数关系；
5)保持管理盒(7)、制冷控制盒(6)为20℃，大冷量低温制冷机(5)压缩机温度减小10℃，重复步骤2)-步骤4)进行测试，直至-10℃；
6)大冷量低温制冷机(5)压缩机温度标定点20℃、10℃、0℃、-10℃以外的其它函数关系，通过线性插值的方法获得；
7)管理盒(7)、制冷控制盒(6)减小20℃，重复步骤2)-步骤5)，直至0℃；
8)管理盒(7)、制冷控制盒(6)温度标定点40℃、20℃、0℃以外的其它函数关系，通过线性插值的方法获得。
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