CN109682532A - 用于大型航天结构试验***的应变标定设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于大型航天结构试验***的应变标定设备，属于航空航天技术领域。该设备包括：上位机及标定设备箱；标定设备箱与上位机连接，标定设备箱通过测试电缆与应变采集设备的所有通道依次相连；上位机中存储的上位机软件通过选型，以加载应变采集设备，并对应变采集设备的通道进行标定。由于可以实现单台应变设备的自动校准，自动换点、自动切换档标准应变，并自动实现数据的记录和处理。由于实现了应变测试设备的快速无人值守标定，从而减少了工作量，提高了标定效率和设备利用率。

Description

用于大型航天结构试验***的应变标定设备

技术领域

本发明实施例涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种用于大型航天结构试验***的应变标定设备。

背景技术

目前在研制新型火箭或者导弹时，为了确保其有足够的强度、刚度、稳定性和可靠性，需要进行一系列的结构强度试验，才允许进行飞行试验。结构静力试验对于型号的研发以及考核至关重要。在已有的型号试验中，大部分结构件体积结构小，应变测点一般不超过1000点。随着大型运载火箭的研制和重型运载火箭的立项，应变测点少则几百点，多则上千甚至上万点。为了能够进行此类型号的结构试验，通常需要购置大量的应变测试设备。目前采用的应变采集设备均是电阻应变仪，总数超过1万通道。根据标准要求，所有的应变设备在一年使用期后进行校准，校准合格后才允许使用。目前，电阻应变仪的校准方法是人工手动校准。通过标准应变仪连接换点器，通过电缆连接至设备，切换点器触点来改变通道，切换标准应变仪的档位来改变设备采集软件的示值，记录软件的示值与标准应变仪所在档位的标准应变，计算两者误差，来确定该通道是否符合检定要求。

按照现有的标准和检定要求，每个通道需要在±10000με范围内以步进2000με进行标定，单通道共需11档标定。在标定过程顺利的情况下，单通道标定时间需要至少2分钟，而且必须有1人采集数据，另外一人进行标准应变仪的按键操控。在每天满负荷工作8小时且无误操作的情况下，1万通道的应变测试设备至少需要41天，从而使得标定工作的工作量很大，且标定效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于大型航天结构试验***的应变标定设备。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于大型航天结构试验***的应变标定设备，包括：

上位机及标定设备箱；所述标定设备箱与所述上位机连接，所述标定设备箱通过测试电缆与应变采集设备的所有通道依次相连；所述上位机中存储的上位机软件通过选型，以加载所述应变采集设备，并对所述应变采集设备的通道进行标定。

本发明实施例提供的应变标定设备，可以满足不同厂家的应变采集设备标定，并可实现单台应变设备的自动校准，自动换点、自动切换档标准应变，并自动实现数据的记录和处理。由于实现了应变测试设备的快速无人值守标定，从而减少了工作量，提高了标定效率和设备利用率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应变标定设备的外部工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应变标定设备的内部工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在已有的型号试验中，大部分结构件体积结构小，应变测点一般不超过1000点。随着大型运载火箭的研制和重型运载火箭的立项，应变测点少则几百点，多则上千甚至上万点。目前对电阻应变仪的检定要求通常为：

(1)电阻应变仪检定周期为1年；

(2)检定范围不小于±5000με；

(3)检定时需要使用标准模拟应变校准器；

(4)示值误差在***要求范围内。

目前，电阻应变仪的校准方法是人工手动校准。通过标准应变仪连接换点器，通过电缆连接至设备，切换点器触点来改变通道，切换标准应变仪的档位来改变设备采集软件的示值，记录软件的示值与标准应变仪所在档位的标准应变，计算两者误差，来确定该通道是否符合检定要求。

按照现有的标准和检定要求，每个通道需要在±10000με范围内以步进2000με进行标定，单通道共需11档标定。在标定过程顺利的情况下，单通道标定时间需要至少2分钟，而且必须有1人采集数据，另外一人进行标准应变仪的按键操控。在每天满负荷工作8小时且无误操作的情况下，1万通道的应变测试设备至少需要41天，从而使得标定工作的工作量很大，且标定效率较低。

针对上述情形，本发明实施例提供了一种应变标定设备。该方法可应用在大型航天结构试验***的标定场景，本发明实施例对此不作具体限定。参见图1，该应变标定设备包括：上位机及标定设备箱。所述标定设备箱与所述上位机连接，所述标定设备箱通过测试电缆与应变采集设备的所有通道依次相连；所述上位机中存储的上位机软件通过选型，以加载所述应变采集设备，并对所述应变采集设备的通道进行标定。

其中，应变采集设备可以分为两种，具体分别为48通道和80通道。考虑到设备的空间布置，可以设计该自动应变标定设备为，80通道，外部接口设置为标准的RJ45接口，8个一组进行排列。通过10根电缆将标定设备与应变采集设备相连，电缆一端为10*RJ45接插件，另一端根据应变采集设备的不同而选择不同的接插件。只要应变采集设备小于80通道，均可以一次完成一台设备的标定。

本发明实施例提供的应变标定设备，可以实现单台应变设备的自动校准，自动换点、自动切换档标准应变，并自动实现数据的记录和处理。由于实现了应变测试设备的快速无人值守标定，从而减少了工作量，提高了标定效率和设备利用率。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述上位机软件用于实现对所述应变采集设备的通道的桥路平衡和导线测量。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述标定设备箱包括电路板；所述电路板上焊接有微处理器、单片机、继电器及标定电阻；所述上位机软件用于在桥路平衡与导线测量的工作完成后，将需要标定的通道序号以指令的形式发送至微处理器；所述处理器用于将所述指令处理后传送至所述单片机；所述单片机用于根据所述指令中的参数，分别控制不同档位的标定电阻对应的继电器，以实现标定电阻接入需要标定的通道的应变桥路相连。

其中，标定电阻可以11档标定电阻，并采用高精密电阻，以用来模拟标准应变仪的11档标准应变。最小档位可以为0με，最大档位可以为20000με。每一个高精密电阻均连接一个继电器，不同的档位对应不同的继电器组合。控制不同的继电器，可以实现11档标准应变的切换。在标准电阻档位和应变采集通道之间有继电器连接，在电路板上安装80个继电器，控制80个标定通道与应变采集设备的连接，通过控制这80个继电器的开启/关闭，来控制外部应变采集设备通道的标定。应变采集设备有两线制和三线制两种，在标准电阻档位入口处，设置一个继电器，用于控制应变桥路的两线制或三线制连接。微处理器是继电器和上位机软件的中转环节，通过通讯接口实现微处理器和上位机软件的通讯。

软件装在上位机中，通过上位机的LAN网口与应变采集设备通讯，根据不同的设备类型，获取每个通道在每个档位的的应变数据，并可以根据不同的应变采集设备调取不同的通讯协议和数据通讯协议，获取不同设备的应变数据。软件可以对应变采集设备通道进行桥路平衡，将需要标定的通道以内部指令方式发送给微处理器。软件在监测到该通道应变发生变化且稳定时，记录该通道该级别下的应变，并存储在内存中，待该通道标定完毕后，将标定数据记录在指定路径的文件中，设备所有通道标定完毕后，自动的对所有通道所有级别下的标定数据进行统计，并计算出误差。若出现异常的标定数据，在报告中予以提示。

上位机软件装在上位机中，通过上位机的LAN网口与应变采集设备通讯，根据不同的设备类型，获取每个通道在每个档位的的应变数据，并可以根据不同的应变采集设备调取不同的通讯协议和数据通讯协议，获取不同设备的应变数据。软件可以对应变采集设备通道进行桥路平衡，将需要标定的通道以内部指令方式发送给微处理器。软件在监测到该通道应变发生变化且稳定时，记录该通道该级别下的应变，并存储在内存中，待该通道标定完毕后，将标定数据记录在指定路径的文件中，设备所有通道标定完毕后，自动的对所有通道所有级别下的标定数据进行统计，并计算出误差。若出现异常的标定数据，在报告中予以提示。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述上位机软件用于在切换至任一档位的标定电阻后，定时对所述任一档位的标定电阻的标定数据进行监测，若监测到所述任一档位的标定电阻引起的应变桥路发生变化，则待所述标定数据稳定后，记录所述标定数据。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述单片机用于按照预设时间间隔切换不同档位的标定电阻，并在不同档位的标定电阻全部切换完毕后停止响应；所述上位机用于记录需要标定的通道的标定数据，并存入指定路径的数据记录文件。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述上位机用于在所述上位机记录至最高档位的标定应变后，将需要标定的下一通道序号以指令的形式发送至所述微处理器；所述微处理器用于在接收到下一通道序号对应的指令发送至所述单片机；所述单片机用于调用内部函数，寻址下一通道对应通道的继电器，并控制所述下一通道对应继电器的开启，以实现通道切换。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述标定设备箱还包括LAN通讯接口；所述标定设备箱与所述应变采集设备之间通过所述LAN通讯接口相连，所述微处理器与所述上位机软件通过USB或者LAN通讯接口通讯。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述微处理器用于接收上位机软件的标准档位切换指令、标定通道切换指令及重复标定指令。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述单片机用于实现通道切换、电阻切换、两线制切换及三线制切换。其中，图1为本发明实施例提供的应变标定设备的外部工作原理示意图。图2为应变标定设备内部的原理简图。通过该标定设备对应变采集设备进行标定，只需一个人操作。标定过程中，只需要标定人员在起始阶段将设备和标定设备连接好电缆，通过上位机中的软件加载采集设备，点击“开始标定”按钮即可开始标定。待标定完成后，标定人员查看数据，更换下一台应变采集设备即可开始下一台标定。标定的中间过程完全实现无人值守。通过标准计量机构的检定，该发明可以满足精度0.1％±2με，满足精度要求。在保证标定精度的前提下，可以大大减轻标定的工作量，提高标定的工作效率，实现无人值守的快速标定。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于大型航天结构试验***的应变标定设备，其特征在于，包括：上位机及标定设备箱；所述标定设备箱与所述上位机连接，所述标定设备箱通过测试电缆与应变采集设备的所有通道依次相连；所述上位机中存储的上位机软件通过选型，以加载所述应变采集设备，并对所述应变采集设备的通道进行标定。

2.根据权利要求1所述的应变标定设备，其特征在于，所述上位机软件用于实现对所述应变采集设备的通道的桥路平衡和导线测量。

3.根据权利要求2所述的应变标定设备，其特征在于，所述标定设备箱包括电路板；所述电路板上焊接有微处理器、单片机、继电器及标定电阻；所述上位机软件用于在桥路平衡与导线测量的工作完成后，将需要标定的通道序号以指令的形式发送至微处理器；所述处理器用于将所述指令处理后传送至所述单片机；所述单片机用于根据所述指令中的参数，分别控制不同档位的标定电阻对应的继电器，以实现标定电阻接入需要标定的通道的应变桥路相连。

4.根据权利要求3所述的应变标定设备，其特征在于，所述上位机软件用于在切换至任一档位的标定电阻后，定时对所述任一档位的标定电阻的标定数据进行监测，若监测到所述任一档位的标定电阻引起的应变桥路发生变化，则待所述标定数据稳定后，记录所述标定数据。

5.根据权利要求4所述的应变标定设备，其特征在于，所述单片机用于按照预设时间间隔切换不同档位的标定电阻，并在不同档位的标定电阻全部切换完毕后停止响应；所述上位机用于记录需要标定的通道的标定数据，并存入指定路径的数据记录文件。

6.根据权利要求5所述的应变标定设备，其特征在于，所述上位机用于在所述上位机记录至最高档位的标定应变后，将需要标定的下一通道序号以指令的形式发送至所述微处理器；所述微处理器用于在接收到下一通道序号对应的指令发送至所述单片机；所述单片机用于调用内部函数，寻址下一通道对应通道的继电器，并控制所述下一通道对应继电器的开启，以实现通道切换。

7.根据权利要求3所述的应变标定设备，其特征在于，所述标定设备箱还包括外部LAN通讯接口；所述标定设备箱与所述应变采集设备之间通过所述LAN通讯接口相连，所述微处理器与所述上位机软件通过USB或LAN通讯接口通讯。

8.根据权利要求3所述的应变标定设备，其特征在于，所述微处理器用于接收上位机软件的标准档位切换指令、标定通道切换指令及重复标定指令。

9.根据权利要求3所述的应变标定设备，其特征在于，所述单片机用于实现通道切换、电阻切换、两线制切换及三线制切换。