Применение интеллектуальных датчиков в космических транспортных системах

Резюме:Применение интеллектуальных датчиков помогает повысить пропускную способность и безопасность космических транспортных систем. На основе введения интеллектуальных датчиков и их характеристик, в этой статье обсуждаются исследования и применение интеллектуальных датчиков на ракетах-носителях, разъясняется способ реализации интеллектуальных датчиков, направленных на то, чтобы иметь больше результатов исследований, которые могут быть применены для повышения уровня измерения в аэрокосмической области Китая, лучше адаптироваться к развитию аэрокосмической промышленности.

Ключевые слова:Интеллектуальные датчики; Космический транспорт; Измерения

0Введение

В эпоху электронной информации электронная информация играет ориентированную роль в развитии всех слоев общества, как и космические транспортные системы. В настоящее время электронные информационные технологии стали основным фактором развития космических транспортных систем. С применением электронных информационных технологий в космических транспортных системах пропускная способность и безопасность космических транспортных систем были эффективно улучшены, и одним из представительных основных устройств для улучшения характеристик этих систем являются датчики. Следует отметить, что с развитием технологии космического полета, чтобы обеспечить безопасность и надежность системы космического транспорта, датчики не только требуют высокой точности измерений, стабильной работы и быстрого реагирования, но также требуют анализа и обработки данных и функций хранения, а также могут выполнять анализ и оценку. Удаленная связь и другие функции. Следовательно, традиционные датчики постепенно не могут удовлетворить потребности приложений из-за их относительно однородных функций обнаружения и больших размеров. Для выполнения измерений различных элементов измерения и контроля необходимо использовать интеллектуальные датчики с лучшими характеристиками.

1Обзор интеллектуальных датчиков

Интеллектуальный датчик относится к микроэлектронной механической системе (MEMS), которая объединяет датчики, микропроцессоры и исполнительные механизмы. Его основные характеристики:

(1)Его ядро состоит в том, чтобы органично сочетать функцию обнаружения информации датчика с функцией обработки информации микропроцессора, что компенсирует недостаток производительности традиционных датчиков.

(2)Он может реализовывать функции обработки информации, памяти информации, логического мышления и оценки посредством передовой разработки программного обеспечения для собранной исходной чувствительной информации, тем самым реализуя самокалибровку, самокомпенсацию и т. Д., И, наконец, преобразовывать исходную информацию в определенный стандартный цифровой формат и отправлять ее пользователю по стандартному протоколу связи.

(3)Поскольку встроенный микропроцессор может не только полностью выполнять функции различного программного обеспечения, но также может выполнять задачи, которые трудно выполнить аппаратным обеспечением, это значительно снижает сложность изготовления датчиков, улучшает производительность датчиков и снижает затраты.

2Особенности интеллектуального датчика

С развитием аэрокосмической промышленности Китая были выдвинуты более высокие требования к существующим системам измерения и управления и режимам передачи данных, что привело к увеличению спроса на мониторинг параметров телеметрии, а также к вибрации, удару, температуре, шуму, тепловому потоку, давлению и другим параметрам. Измерительные потребности также показывают экспоненциальное увеличение, использование традиционных датчиков неизбежно будет оказывать большее давление на существующие космические транспортные системы, а функции и характеристики интеллектуальных датчиков в некоторых аспектах могут смягчить это противоречие. Основные характеристики:

(1)Простота создания сети и удобная сеть. Интеллектуальные датчики в основном используют цифровой выходной сигнал, и легко использовать какой-то проводной или беспроводной протокол связи для подключения к сенсорной сети, уменьшая ряд проблем, вызванных большим количеством типов, широким распределением и сложной проводкой. Среди них проводная сеть, как правило, является шиной CAN, которая может соединить сотни точек измерения только с двумя линиями. В то же время, в некоторых местах использование беспроводных сенсорных сетей может значительно уменьшить количество традиционных кабельных сетей.

(2)Легко реализовать самопроверку. Благодаря наличию микропроцессора, по сравнению с традиционными датчиками, датчик может быть самопроверен без добавления аппаратных средств, чтобы определить, являются ли части датчика нормальными, и может диагностировать неисправные компоненты.

(3)Легко повысить точность измерения. Также из-за наличия микропроцессора можно автоматически компенсировать нелинейность, температурный дрейф, временной дрейф, время отклика и т. д. датчика с помощью программного обеспечения для повышения точности измерений.

(4)Простота в миниатюризации. Чтобы удовлетворить сложную среду измерения системы космического транспорта, традиционные датчики нуждаются в нескольких схемах фильтрации, которые увеличивают объем и создают проблемы с энергопотреблением, в то время как интеллектуальные датчики могут осуществлять цифровую фильтрацию в соответствии с внутренними процедурами и даже выполнять статистическую обработку для удаления измерений, которые не соответствуют требованиям.

(5)Легко реализовать интеграцию. Благодаря развитию микроэлектроники и технологии микромеханической обработки, быстрое развитие датчиков MEMS, подходящих для серийного производства, простоты интеграции и достижения интеллектуальных, способствовало развитию датчиков в направлении миниатюризации, высокой производительности и низкого энергопотребления.

3Применение в космических транспортных системах

В процессе запуска ракеты-носителя была применена беспроводная сенсорная сеть в реальном времени, подходящая для сложной полевой среды. Одним из основных компонентов беспроводной сенсорной сети является интеллектуальный беспроводной датчик/преобразователь. Среди них интеллектуальные беспроводные датчики выполнены с помощью встроенной или сплит конструкции для достижения измерения параметров окружающей среды, таких как температура, влажность, давление, тепловой поток и низкочастотные вибрации, высокочастотные вибрации и т. д. во время полета ракеты. Конкретная производительность:

(1)Интегрированный дизайн. Так называемый интегрированный интеллектуальный датчик означает, что чувствительный сердечник интегрирован с микропроцессорным модулем на заднем конце в одном корпусе. Чувствительный сигнал направляется непосредственно в микропроцессорный модуль AD для выборки и обрабатывается программным и аппаратным обеспечением внутри микропроцессорного модуля. Линеаризация и нормализация передаются в модуль беспроводной связи и отправляются в терминал приема данных. На рисунке 1 показана принципиальная блок-схема на примере интегрированного интеллектуального беспроводного датчика давления,

(2)Сплит-дизайн. Из-за ограничений среды, используемой в полевых условиях, в частности температурного диапазона, в некоторых точках используются разделенные датчики. Так называемый сплит означает, что чувствительный сердечник отделен от микропроцессорного модуля на заднем конце в двух корпусах. Чувствительный зонд и внутренний микропроцессорный модуль используют проводное соединение. Выходной сигнал чувствительного зонда передается по проводам в микропроцессорный модуль AD для выборки, а затем обрабатывается программным и аппаратным обеспечением микропроцессора. После линеизации и нормализации он передается в модуль беспроводной связи. После отправки на терминал приема данных. Взяв в качестве примера датчик температуры сплит-типа, блок-схема которого показана на рисунке 2.

Следует отметить, что с быстрым развитием интеллектуальных датчиков MEMS, датчики ускорения MEMS и гироскопы также широко используются в космических транспортных системах, в основном в системах ориентации и ориентации, системах управления полетом, системах наведения и т. Д. В частности, мониторинг состояния вибрации во время запуска ракеты, датчик ускорения вибрации MEMS стал направлением двух устройств из-за его небольшого размера, высокой точности и низкого энергопотребления.

4Заключительные замечания

Интеллектуальные датчики имеют преимущества по сравнению с традиционными датчиками с точки зрения точности, надежности и адаптивности. Это изменило оригинальную концепцию проектирования и режим применения традиционных датчиков и представляет собой будущую тенденцию развития сенсорных технологий. Он внедряет микропроцессорные технологии в датчики, что делает датчики интеллектуальными. Это окажет глубокое влияние на будущую жизнь человечества. По мере того, как все больше и больше микропроцессоров достигают локализации, применение интеллектуальных датчиков в космических транспортных системах также будет сиять.

Ссылки

[1]Лю Кай, Чэнь Чжидун, Цзоу Дефу и др. Разработка датчиков MEMS и интеллектуальных датчиков [J]. Метрическая технология и датчики, 2007(9):9-10,66

[2]Сун Чжэньлун, Сунь Фэнвэй, Чэнь Фэн и др. Сетевые интеллектуальные датчики и их применение в аэрокосмической области [J]. Электронное тестирование [J],2009(9):10-13,53

[3]Лу Хуан, Ван Ин, Лю Бинтай, Чжан Юань. Исследование технологии беспроводной сенсорной сети на основе ракетных измерительных систем [J]. Технология аэрокосмического измерения, 2015,35(4):44-47,53

[4]Гу Ян. Исследование состояния развития интеллектуальных датчиков [J]. Беспроводная технология подключения, 2017(21):12-13

Профиль автора

Лан Чжикан,Он окончил Юго-Восточный университет по специальности «Микроэлектронная системотехника» и получил докторскую степень. С апреля 2008 года по сентябрь 2017 года он был руководителем проекта и менеджером по исследованиям и разработкам в подразделении Honeywell Sensation и IoT. С сентября 2017 года по декабрь 2017 года он был менеджером подразделения инерциальных датчиков и микросистем Gaohua Technology Co., Ltd., а с января 2018 года-заместителем генерального директора и директором технологического центра Gaohua Technology Co., Ltd.