微小空间碎片多参数在轨探测技术

空间碎片按尺寸可以分为大碎片、危险碎片和微小碎片。尺寸小于1 mm的空间碎片称为微小碎片,航天器对于该种空间碎片目前主要采取“抗”的手段进行防护,防护的主要设计流程是首先建立空间碎片环境工程模型;其次,对航天器运行轨道的微小空间碎片的时空分布规律进行评估;接下来设计防护措施对航天器进行防护处理;最后对航天器遭遇空间碎片撞击的风险进行评估。空间碎片环境是动态变化的,建立并修正空间碎片环境工程模型是一项有益的基础建设,需要获取微小空间碎片的空间环境探测数据。本文综述了近年来微小空间碎片环境探测领域发展,总结了目前主流的探测设备分类及发展脉络,分析了探测设备及其探测方法的发展趋势,提出了适宜的微小空间碎片多参数探测技术的方案。

基于模态分析和神经网络的分子泵故障检测方法研究

分子泵一种基于气体分子定向运动而产生真空环境的装置,在空间环境模拟等试验中至关重要,其内部结构精密而复杂,长期使用后可能会产生真空度不足等故障,如何及时准确地诊断分子泵的运行状态格外关键。文章提出了一种基于模态分析的降噪技术,并采用神经网络对采集到的信号数据进行故障诊断与识别。实验结果表明,该方法的平均诊断准确率达到了90.0%,有效地实现了分子泵的故障检测和状态评估。

航天器结构中导波健康监测技术的若干进展

基于航天器结构健康监测需求,从空间碎片撞击定位、结构损伤评估、泄漏定位3个方面,阐述了导波的相关应用进展。首先分析了空间站、可重复使用运载器和燃料贮箱等结构面临的风险和监测需求,然后介绍了相关的理论和监测方法研究进展,以及多物理场导波建模和传播仿真技术,最后探讨了设计集成“撞、漏、损”多功能一体化结构健康监测系统的实现思路,以及导波结构健康监测技术在与空间机器人、空间激光溯源、无线通信和能量传输结合方面的应用前景。

具有无线传输功能的声发射传感单元设计

为提高大型复杂设备结构健康检测的效率和检测精度,文章提出一种具有无线传输功能的声发射传感单元的设计:其硬件包括测量传感器、校准传感器和电路板等;通过上位机软件实现无线组网、信号的自动采集和实时传输等功能。对该传感单元的无线传输距离和检测灵敏度等指标进行了测试。结果表明:该传感单元可实现24 cm厚水泥墙遮挡下40 m距离或空旷环境下80 m距离的稳定数据传输;无线组网信号同步精度优于10μs;能探测到碳钢板中8 m范围内0.286 m^(3)/h的泄漏率。该设计方法对于大型装备的声发射检测工程应用有参考意义。

复合材料层板OFDR分布式光纤冲击判位方法研究

基于复合材料的航空航天器结构在服役过程中受到外界物体冲击易造成损伤,常规光纤Bragg光栅冲击监测模式需要借助大量试验建立冲击响应样本库,不仅工作量大,还会影响被测结构力学性能,甚至造成预先损伤。为此,提出了一种基于应变幅值非线性加权原理的复合材料层板结构分布式光纤冲击位置辨识方法,通过提取结构应变响应幅值作为特征量,结合无需先验样本的非线性加权原理实现冲击载荷位置辨识。借助有限元数值仿真,模拟得到冲击载荷作用下复合材料层板结构应变响应与分布特征,并根据仿真结果对该辨识方法加以验证。构建了基于高空间分辨率分布式光纤传感器的冲击监测系统,平均定位误差约为8.44 mm。研究表明,所提方法具有便于集成、通用性强以及无需构建样本库等特点,能够为航空航天器结构健康监测、寿命评估和快速维护提供技术支撑。

基于互相关时差法的核电安全壳泄漏定位方法研究

目的基于声发射检测原理,探究一种适用于核电安全壳的泄漏定位方法。方法首先,开展安全壳结构的声波传播特性研究;其次,基于时频分析,对安全壳泄漏产生的声信号进行滤波预处理,基于分布式传感网络,利用互相关系数曲线,估计不同传感器信号时延;最后,采用双曲线法,对泄漏源进行定位,得到定位观测点,对观测点进行离散系数加权,得到预测泄漏源位置。结果安全壳上波速平均值为3026.2 m/s,泄漏声信号的频带主要集中在15~80 kHz,没有明显的时域特征。采用该方法对模拟安全壳上的泄漏源进行定位,平均定位误差为4.31 cm。结论安全壳上周向和轴向的波速差异不大,可近似认为是各项同性的。基于离散系数加权的互相关时差法定位效果良好,满足安全壳结构泄漏定位需求。

基于FPGA的高速信号采集平台设计

提出了一种基于FPGA的高速信号采集实现方法,具体描述了采样、储存、通信等模块的设计。模块功能全部基于VHDL硬件描述语言,并通过有限状态机来实现,增强了设计的灵活性,降低了成本。给出了信号采集的实验结果,证明该平台能够稳定可靠的工作。

航天器在轨泄漏声发射信号特征分析

载人航天器的防护要求不断增强,在轨泄漏检测的重要性日益凸现。文章阐述了航天器在轨泄漏声发射检测的基本原理,介绍了泄漏检测系统的基本组成及性能参数。通过泄漏声发射检测实验,利用频谱分析法和特征参数分析法对不同孔径圆形漏孔泄漏产生的声发射信号进行研究,得到了泄漏声发射信号的频谱和特征参数。实验结果表明,机械泵运行产生的背景噪声信号主要分布在10 k Hz以下,而气体泄漏产生的是高频声发射信号,且漏孔越小,信号能量越小,高频成分所占比例越大。该研究对于航天器在轨泄漏的检测及泄漏量评估等具有实际意义。

非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证

非接触式超声泄漏检测方法在国外已应用于载人航天器在轨检漏。文章基于气体泄漏超声产生机理及声压与泄漏量的关系,搭建了一套超声泄漏检测系统,研究了泄漏判断及漏孔评估算法,并进行了综合试验测试。结果表明,该方法能有效地对泄漏是否发生进行判断,并可粗略评估泄漏量的大小和漏孔直径,为我国空间站密封舱在轨泄漏检测提供参考。

基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法

长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏,在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义。提出了一种基于声发射信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)特征融合的航天器泄漏辨识方法,首先将声发射信号分别通过EMD和WPD分解成为不同频率范围内的子带信号,考虑能量特征误差与不稳定性,提取信号无量纲因子和频率特征参数并应用Relief F算法选取特征。最后,构建支持向量机(support vector machines,SVM)机器学习数据库,训练泄漏分类模型并利用测试集交叉验证模型分类精度。结果表明,EMD和WPD分解特征并行融合分类模型可显著提高辨识精度,最高可达96.9%,且输入特征数量少,是一种具有应用前景的航天器在轨气体泄漏辨识方法。

基于混沌-BP神经网络的真空泄漏声发射在线检测技术

随着空间科学技术的不断发展,人们进行的空间活动日益增多。与此同时,空间碎片的数量也随之急剧增多,这使得在轨航天器遭受空间碎片等动能颗粒撞击可能性不断增加,航天器发生密封结构泄漏的可能性越来越大。航天器泄漏不仅会造成航天活动的失败,更会威胁航天员的生命安全,因此,在轨航天器真空泄漏声发射在线检测技术研究具有十分重要的意义。本文以声发射技术为基础,利用精细平均功率谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号特征进行提取分析,并与改进的混沌-BP神经网络模式识方法相结合实现对信号进行分类,从而实现泄漏检测以及漏孔大小评估。通过真空泄漏声发射检测实验验证,本方法最小可检0.4 mm直径的漏孔,满足在轨航天器微弱泄漏检测的需求。

基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究

基于Lamb波结构损伤诊断技术开展相对量化评估层面的实验研究。基于环形单发射—多接收(STMR)阵列,通过数值计算验证了基于导波结构损伤诊断技术在定位识别技术层面的准确有效;针对诊断因子(DF)作为结构损伤相对量化评估有效参数的可行性进行分析,并通过模拟预置3种不同程度大小的损伤进行实验验证。实验结果表明:通过比较不同工况下判定损伤处对应诊断因子的数值大小,即可对结构损伤的相对严重程度进行量化对比分析,具有较好的工程应用前景。

一种基于声发射阵列的航天器在轨碰撞与泄漏定位方法

针对现有航天器碎片碰撞和泄漏定位方法难以兼顾高精度和实时性的问题,提出利用二级声传感器阵列检测航天器在轨碰撞与泄漏声发射信号,通过声达时差法对碰撞点进行定位并利用波束形成法对泄漏进行定位。试验结果表明,在1 m^2范围内,碰撞定位相对误差小于2%,直径1 mm以上漏孔的定位相对误差小于10%。

编码激励带宽对超声气体流量测量性能的影响

对比研究了四种不同带宽线性调频信号激励下,超声流量测量系统的性能。超声换能器为Senscomp中心频率125kHz,带宽10kHz的收发型压电换能器。信号产生、数据采集和时序控制由FPGA设计的专用电路实现。对接收信号进行脉冲压缩处理后,测得流速与横河1.0精度等级的涡街流量计比对,计算标准偏差和读数误差。结果表明,在B=20kHz的线性调频信号激励下,流速测量的误差和标准偏差最小;B=10kHz时,带宽与换能器带宽匹配,系统流速测量性能次之;B=5kHz时和B=50kHz时,流速测量性能最差。

相关分析法系统辨识平台设计

用伪随机二进制序列进行相关分析是辨识系统脉冲响应函数的有效方法。给出一种用伪随机m序列作为输入信号,用LabVIEW实现信号采集的辨识系统平台,其中m序列基于FPGA生成,改变少数参数就可以对序列长度、周期等进行了调整。最后,给出了两个辨识实例。

基于Lamb波结构损伤诊断的边界反射效应控制方法

提出一种基于Lamb波结构损伤诊断技术的边界反射效应控制方法。首先利用结构几何形状的对称性,合理设计STMR阵列的布置形式和信号收发策略;然后通过将对称位置获得的传感信号相减,来消除边界反射效应对损伤诊断结果的影响,从而实现边界附近损伤和缺陷的准确识别检测。仿真分析结果表明:该方法不仅可提高结构损伤诊断的精度,有效克服目前基于Lamb波的结构损伤诊断技术存在检测盲区的缺陷,而且操作简单,不需要进行复杂的数值计算,因而在实际工程应用中具有更好的发展前景。

空间微小碎片探测技术综述

空间碎片数量的快速增长给人类航天活动带来严重挑战。10cm以上大碎片可通过地基设备进行观测和预报,航天器通过主动控制予以规避;1~10cm小碎片和1cm以下微小碎片探测难度大,数量众多,与航天器发生碰撞风险很大。本文对国外微小空间碎片探测技术的发展概况和相关探测器成功应用的案例进行调研,分析总结不同原理探测器的特点和发展趋势,为我国微小空间碎片探测技术的研究和发展提供参考。

对美国房地产投资信托基金的法律分析——以运作模式和风险规避为视角

一、美国房地产投资信托基金简介房地产行业作为密集型产业具有投资量大、投资周期长的特点。并且房地产作为一种主要的不动产,具有区域性和固定性的特点。长期以来房地产市场的投资者多为机构投资者;普通民众因为其资金和专业知识有限,极少涉足房地产市场。为了使得房地产企业能够向社会公开募集资金,也为了能够使得普通的民众能够分享房地产市场的收益。

一种用于超声检漏探头激励的任意波形发生器

超声检漏作为一种新型检漏方法,越来越多地应用于工业现场。为满足超声检漏中超声探头激励的需要,介绍了一种任意波形发生器的设计,利用直接数字式频率合成(DDS)技术,以FPGA作为主要器件,并辅以必要的放大、滤波电路,实现任意波形的产生。通过串行接口,用单片机来设定频率和幅度的大小以及波形的选择;FPGA用来改变DDS频率控制字,并由FPGA来实现波形表生成和频率控制;将FPGA产生的波形数据送入到AD7524进行D/A转换,通过低通滤波器和集电极开路电路来提高输出波形质量并增强其带负载能力。最后给出了本设计产生的正弦信号与函数发生器产生的正弦信号的频谱分析比较。

高空气球内部温度场及压力场特性数值研究

高空气球是一种无动力浮空器,是目前能在平流层工作的极少数飞行器之一,其气密性指标直接决定了在轨驻留时间。压力变化法是最常用的高空气球气密性检测方法,需充分考虑球体内部温度场带来的压力变化。本文基于球体内部流动特性和传热规律,建立温度场的基本数学模型,通过非线性拟合得到温度边界条件,采用有限体积法进行了数值研究,得到球体内部的温度场特性;基于温度和压力的耦合关系,采用微元分析法,间接得到压力场特性。最后,将仿真结果与试验结果进行了对比,结果表明:温度相对误差不超过1.6%,压力相对误差不超过0.54%,验证了仿真方案的准确性和正确性。