[發(fā)明專利]一種在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011138932.4
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112325985B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 綦磊;孫立臣;馮咬齊;陳勇;孟冬輝;廖韜;劉明輝;孫偉;王莉娜;趙月帥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): G01F23/296
• 分類號(hào): G01F23/296
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

1.一種在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，包括頂部超聲模塊、側(cè)壁超聲模塊、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)放大器、采集卡、多路切換開關(guān)及計(jì)算單元；

所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在貯箱頂部，頂部超聲模塊安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；

頂部超聲模塊包括一個(gè)頂部超聲傳感器；所述側(cè)壁超聲模塊設(shè)置在貯箱的外壁上，側(cè)壁超聲模塊包括多組超聲單元，每組超聲單元包括多個(gè)側(cè)壁超聲傳感器，所述頂部超聲傳感器與各個(gè)側(cè)壁超聲傳感器均設(shè)置為收發(fā)一體型超聲傳感器；每組超聲單元的各個(gè)側(cè)壁超聲傳感器沿貯箱的軸線方向按照設(shè)定間距排布；各組超聲單元按照設(shè)定夾角沿貯箱的周向排布；

所述多路切換開關(guān)與頂部超聲模塊及側(cè)壁超聲模塊信號(hào)連接，多路切換開關(guān)分別與信號(hào)發(fā)生器及信號(hào)放大器信號(hào)連接；

所述信號(hào)發(fā)生器用于對頂部超聲模塊及側(cè)壁超聲模塊發(fā)送激勵(lì)源，所述信號(hào)放大器采集頂部超聲模塊及側(cè)壁超聲模塊發(fā)送的超聲信號(hào)并發(fā)送至采集卡，所述采集卡將接收的信號(hào)發(fā)送至計(jì)算單元中進(jìn)行計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述頂部超聲傳感器的波束角設(shè)為大于60°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述設(shè)定間距范圍為20cm-30cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述設(shè)定夾角度數(shù)為45°或60°。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于對頂部傳感模塊進(jìn)行360°周向旋轉(zhuǎn)及180°俯仰旋轉(zhuǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，各個(gè)所述側(cè)壁超聲傳感器粘貼在貯箱的外壁上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述頂部超聲傳感器通過螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在貯箱進(jìn)液管與貯箱連接處。

9.一種應(yīng)用于如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的測量裝置的在軌航天器貯箱推進(jìn)劑剩余量測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、調(diào)整旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使得旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與貯箱進(jìn)液管的夾角為θ_i，0°≤θ_i≤360°，t_i1時(shí)刻通過多路切換開關(guān)利用信號(hào)發(fā)生器向頂部超聲傳感器發(fā)送脈沖激勵(lì)信號(hào)，超聲信號(hào)遇到貯箱內(nèi)燃料液面發(fā)生反射，由頂部超聲傳感器接收返回的超聲波，并記錄返回接收時(shí)刻t_i2；

(2)、計(jì)算θ_i角度時(shí)頂部超聲傳感器距離貯箱內(nèi)燃料液面的距離：其中c為空氣中超聲波聲速；

(3)、計(jì)算貯箱推進(jìn)劑剩余量的體積為：其中V_罐為貯箱罐體總體積，s為貯箱橫截面積，n為測量次數(shù)；

(4)、通過多路切換開關(guān)利用信號(hào)發(fā)生器向側(cè)壁超聲傳感器i發(fā)送脈沖激勵(lì)信號(hào)使其作為激勵(lì)傳感器，該側(cè)壁超聲傳感器i所在組外其他各組的各個(gè)側(cè)壁超聲傳感器j作為接收傳感器對側(cè)壁超聲傳感器i發(fā)送的超聲信號(hào)進(jìn)行接收得到信號(hào)S_i，j，并記錄接收時(shí)間t_i,j，根據(jù)側(cè)壁超聲傳感器i與側(cè)壁超聲傳感器j之間的直線間距d_i,j計(jì)算i-j通道信號(hào)波速：

(5)、以作為像素強(qiáng)度繪制灰度圖，并將側(cè)壁超聲傳感器i對應(yīng)的各個(gè)灰度圖進(jìn)行疊加，得到當(dāng)前截面燃料內(nèi)氣泡位置及直徑；

(6)、重復(fù)(4)步驟至(5)步驟，使得側(cè)壁超聲模塊的各個(gè)側(cè)壁超聲傳感器遍歷作為激勵(lì)傳感器，得到各個(gè)截面中氣泡位置及直徑，并計(jì)算出貯箱內(nèi)燃料中的氣泡總體積V_泡；

(7)計(jì)算貯箱推進(jìn)劑剩余量真實(shí)體積：V_實(shí)劑＝V_劑-V_泡。