[發明專利]一種模擬導電滑環的電阻變化的模擬器及模擬方法

有效

• 申請號: 202110841213.7
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN113595654B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 李立;朱野;劉會杰;梁旭文;程睿;劉磊;潘小彤;劉興富;王碩
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H01R39/08
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明涉及一種模擬導電滑環的電阻變化的模擬器，包括一個或多個傳輸通道，其中每個傳輸通道包括：開關陣列，其具有n個彼此并聯的開關單元，其中n為整數，每個開關單元具有導通電阻R，所述開關陣列被配置為根據從控制總線接收的控制信號接通和/或斷開相應數目的開關單元以便調節接入傳輸通道的電阻；控制總線，其用于將控制信號傳輸給開關陣列；以及噪聲模擬器，其被配置為模擬導電滑環中的電磁干擾。通過本發明，除了能夠進行電能和電信號傳輸外，還可以更加真實地模擬導電滑環運行時的特性、如電阻變化、電磁噪聲和瞬斷特性。

技術領域

本發明總體上涉及精密機械制造領域，具體而言涉及一種模擬導電滑環的電阻變化的模擬器及模擬方法。此外，本發明還涉及一種模擬導電滑環的電阻變化的方法。

背景技術

導電滑環用于機械地和電地連接兩個相對旋轉的旋轉體，并在兩個旋轉體之間輸送電能和信號。精密導電滑環屬于高科技產品，用于為相對旋轉的機構傳輸電能和電信號，一直以來被應用于尖端軍事領域，是各種精密轉臺、離心機和慣導設備的關鍵器件。隨著制造工藝的提高，民用領域也越來越多地使用此類產品，例如將其用在工業自動系統控制中。廣泛應用于安防、工廠自動化、電力、金融、儀表、航空航天、軍事、運輸、建筑等機電設備上。

導電滑環的核心結構為定子和轉子，這兩部分發生相對旋轉，并分別引出導線與兩個旋轉體相連，以實現兩個旋轉體之間的電能或者電信號的傳輸。導電滑環結構復雜，制造工藝難度大，發生相對旋轉易產生磨損，因此是機器的薄弱機械環節，是限制系統壽命的關鍵因素。例如具有高速旋轉部件的衛星，其壽命主要受限于滑環的使用壽命。因此，提高滑環使用壽命，能直接提高整個系統的使用時限，極大地降低了整個系統的使用和維護成本，具有巨大經濟效益。

通過滑環的優化設計、制造材料的改進、制造工藝的提高等“開源”方式都能有效延長滑環的使用壽命，同時，在非測試滑環試驗時，通過滑環模擬器減少導電滑環在地面測試、驗證階段的使用等“節流”方法也具有增加系統的有效工作壽命。但是，現階段通常用導線或者添加干擾的信號線來模擬導電滑環上的電能或者電信號傳輸，但是不能準確地反映導電滑環上的電阻波動、瞬斷等特性，難以模擬真實滑環。

導電滑環的轉子和定子的相對旋轉引起的電阻波動直接影響傳輸線路上的電平大小和信號質量，是影響信號傳輸質量的關鍵指標；瞬斷特性導致線路的瞬時斷開，將直接切斷信號傳輸電平和能源供給，影響信號的準確傳輸和能源的有效輸送。

因此，需要一種方案以在導電滑環進行信號傳輸等測試過程中模擬真實導電滑環的特性，從而更加真實地模擬整個系統的在軌運行狀態，增加地面試驗的準確性。

發明內容

本發明的任務是提供一種模擬導電滑環的電阻變化的模擬器及模擬方法，通過該模擬器和/或該方法，除了能夠進行電能和電信號傳輸外，還可以更加真實地模擬導電滑環運行時的電阻變化特性。另外，通過該模擬器和/或該方法還可以模擬導電滑環的其它特性，例如電磁噪聲和瞬斷特性。

具體而言，本發明提供一種模擬導電滑環的電阻變化的模擬器，包括一個或多個傳輸通道，其中每個傳輸通道包括：

開關陣列，其具有n個彼此并聯的開關單元，其中n為整數，每個開關單元具有導通電阻R，所述開關陣列被配置為根據從控制總線接收的控制信號接通和/或斷開相應數目的開關單元以便調節接入傳輸通道的電阻，其中所述開關單元包括雙向導通的金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，并且所述開關陣列還被配置為執行下列動作：

在模擬導電滑環傳輸線上的靜態電阻R1的情況下接通數目k個開關單元，其中k滿足下列等式：

以及

在模擬導電滑環的電阻改變量R3的情況下相應地斷開或接通數目h個開關單元，其中h滿足下列等式：

以及

控制總線，其用于將控制信號傳輸給開關陣列。