[发明专利]适用于火星极低气压下的风速传感器标定系统

说明书

本发明提出了一种适用于火星等极低气压下的风速传感器标定系统，其包括待标定风速传感器、真空环模系统、可调速转台系统、悬臂等，真空环模系统具有模拟低气压环境的能力、可调速转台上安装有滑环，可实现信号的传输、悬臂用于固定传感器，实现传感器相对于气体的运动，数据采集与变送系统用于采集传感器系统，编码为数字信号通过滑环供计算机记录，热流控制系统用于对传感器敏感头供电。本发明基于现有设备完成对风速传感器的标定，结构简单，可靠性高，提高试验效率。

技术领域

本发明属于航天器地面热试验技术领域，具体涉及到一种在地面模拟火星表面有风速环境时，通过旋转方式标定风速传感器在低气压下响应的系统。

背景技术

随着我国航天任务的多样化和航天型号的发展，出于航天器对地观测、通信等的要求，越来越多的航天器装备了以展开桁架、大型展开天线、机械臂等为代表的大型展开机构，其上通常具有大量运动部件甚至单机设备，为了对其在极端温度环境下的工作能力进行验证并对早期缺陷进行筛除，通常使用常压热循环设备进行验证。

随着我国航天任务的多样化和成熟化，火星等其他地外行星的探测已经逐步开展，为了达到对着陆器、巡视器等星表航天器的全面验证及模型修正等目的，需要对星表环境进行温度、压力、风速的复合模拟，除常见的压力、温度环境外，一般还需要对气体成分、风速进行模拟。目前常见风速传感器依据原理可分为热式、超声波式、皮托管式、机械式、激光粒子测速等方式，在地面巡视器热试验中，受限于测量点数、传感器大小等限制，使用热式风速仪进行测量具有较大优势。

由于热线、热球、热膜式风速传感器的原理主要是通过对敏感头加热，在平衡状态通过敏感头温度、散失热量(加热热量)即可精确计算来流空气温度，其原理决定了压力、流体温度变化较大时，其输出亦会变化，需要对温度、压力、风速传感器输出进行精确的测量，需要在不同的温度、压力、风速环境下对风速传感器进行标定、测试，获得不同温度、压力环境下传感器输出到风速的函数。

目前NASA、ESA、JAXA等机构均开展了风速传感器在低气压下使用的标定研究，其主要使用低气压风洞，或在热真空容器中搭建风道，使用引射的方式进行标定，其系统较为复杂；清华大学、北京航空航天大学等高校亦曾开展低气压下的风速标定研究，但主要针对于航空领域，压力一般在10000Pa，温度一般在室温左右，缺乏对火星环境(700Pa，-120~30℃左右)的模拟能力。

因此，设计和发明一种可在不同压力、气体温度下对热式风速仪进行标定的设备具有积极的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一个稳定、均匀的压力、温度、风速场，为热式风速传感器的标定提供支撑，同时解决风速传感器弱电压信号在电动转台上的变送、传输问题，满足未来火星探测器试验用风速传感器的标定、测试问题，并兼具一定的扩展能力。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

适用于火星极低气压下的风速传感器标定系统，该系统包括真空环模系统、设置在真空环模系统内表面上的热沉、压力控制系统、可调速转台系统、转台控制系统、支撑设置风速传感器的悬臂、数据采集与变送系统、热流控制系统，控制计算机，其中真空环模系统具有模拟低气压环境的能力、可调速转台系统包括设置在真空环模系统内的转台和系统外的PLC控制柜，实现转台的定速转动，转台上安装有滑环，用于实现信号的传输；风速传感器相对于气体在悬臂上运动，数据采集与变送系统设置在转台中央并用于采集风速传感器系统的信号，编码为数字的信号通过滑环供计算机记录，热流控制系统用于对风速传感器敏感头供电，压力控制系统和调温热沉用于实现容器内的定压力、温度环境，为标定提供稳定环境，控制计算机分别与PLC控制柜和热流控制系统进行电连接并对其进行控制。

其中，待标定的风速传感器为热式风速传感器。

其中，热式风速传感器包括热线、热球、热膜式的风速传感器。