Стенд для испытаний приборов на воздействие линейных перегрузок

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проведении испытаний изделий на линейные перегрузки, а также при прочих видах испытаний, требующих пространственного разделения испытуемого и стендового оборудования, например, на воздействие агрессивных сред, пыли, грибков, и прочих видов испытаний, характерных для приборов космических аппаратов, требующих высокой надежности.

Техническим результатом изобретения является обеспечение принципиальной возможности испытаний на центрифуге приборов, обмен информации с которыми производится цифровыми (импульсными) методами.

Известен стенд для испытаний приборов на воздействие линейных перегрузок, включающий центрифугу с мотор-шпинделем, на валу которого в виде двух штанг закреплен стол с объектом испытаний (прибором), вращающееся контактное устройство (токосъемник) и контрольно-проверочная аппаратура в виде регистрирующего устройства и стойки управления. (Безменова А.С., Прис Н.М. Испытание объектов на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений. Сибак. Технические науки - от теории к практике. Сборник статей, №5(30), 2014 г., с. 67-76.)

Основным недостатком стенда является применение вращающегося контактного устройства или токосъемника, связывающего вращающийся на центрифуге прибор и неподвижную КПА (регистратор), который не позволяет без сбоев передавать импульсную (цифровую) последовательность сигналов (кода).

Ранее в центрифугах использовались ртутные токосъемники, которые в настоящее время не используются по требованиям техники безопасности.

В настоящее время на центрифугах используются токосъемники, выполненные в виде множества колец из проводящего материала из медных сплавов и подпружиненных щеточных электродов, которые при вращении вала центрифуги время от времени теряют контакт, а следовательно делают невозможным обмен информации между испытуемым объектом и КПА при обмене информации путем импульсной (цифровой) последовательности сигналов. В то же время, обмен информацией между большинством приборов космических станций (Научно-энергетический модуль, различные варианты аппаратуры регулирования и контроля систем космической аппаратуры (КА) и устройств выведения на орбиту используют современные интерфейсы обмена информации (MIL-1533, RS-485, CAN с частотой сигналов порядка 0,1-1 МГц, а также интерфейсы типа Esernet, LVDS, USB… с частотой более 1 МГц…), основанные на использовании импульсной (цифровой) последовательности сигналов.

Известен также стенд для испытаний приборов на воздействие линейных перегрузок, включающий центрифугу с валом центрифуги и установленными на нем электродвигателем с вращающейся рамой и электродвигателем. На раме установлен испытуемый прибор, на валу центрифуги установлено также устройство обмена информацией между испытуемым прибором и размещенной вне центрифуги контрольно-проверочной аппаратурой (КПА) в виде токосъемника. Вне центрифуги установлена КПА в виде регистрирующего устройства, подключенная электрическими цепями к токосъемнику. (Чернова Е.А. Испытательная центрифуга для больших перегрузок // XV неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. IV - СПб: Изд-во Политехнического университета 2011 г., стр. 151-152.). Тот же стенд описан и в статье «Исследование высоконагруженных роторов испытательных центрифуг», Попов А.Н., Тимофеев А.Н., Чернова Е.А., в журнале «Современное машиностроение, наука и образование», изд. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский университет Петра Великого», 2012, №2 стр. 603-613.

Указанный стенд наиболее близок к предлагаемому решению и принят за прототип.

Основным недостатком прототипа, как и всех прочих центрифуг является применение токосъемника, связывающего вращающийся прибор и неподвижную КПА (регистратор), что не позволяет использовать современные интерфейсы обмена информацией, основанные на передаче импульсной (цифровой) последовательности сигналов.

Задачей изобретения является обеспечение возможности испытаний на стенде приборов космических аппаратов, обмен информации с которыми производится последовательностью импульсных сигналов (интерфейсы RS-485, USB, CAN, Mil-1533…).

Поставленная задача решается тем, что стенд для испытаний приборов на воздействие линейных перегрузок, включающий центрифугу, на валу которой закреплена рама со столом для установки объекта испытаний, и размещенную вне центрифуги контрольно-проверочную аппаратуру, с возможностью связи с объектом испытаний, дополнительно включает миниЭВМ с беспроводным интерфейсом и конвертер интерфейса объекта испытаний в интерфейс миниЭВМ с возможностью непосредственного подключения к объекту испытаний, установленные на раме центрифуги в зоне, максимально приближенной к валу центрифуги, персональную ЭВМ (ПЭВМ) с беспроводным интерфейсом в качестве интерфейсного блока в составе указанной контрольно-проверочной аппаратуры, при этом стол для установки объекта испытаний размещен в зоне максимального удаления от вала центрифуги.

Предусмотрено, что штыревая антенна беспроводного интерфейса миниЭВМ расположена соосно оси центрифуги.

Изобретение поясняется фигурой, где представлены следующие элементы:

1 - центрифуга;

2 - вал центрифуги;

3 - рама центрифуги;

4 - стол для установки объекта испытаний;

5 - контрольно-проверочная аппаратура (КПА);

6 - миниЭВМ;

7 - персональная ЭВМ (ПЭВМ);

8 - конвертер интерфейса объекта испытаний в интерфейс миниЭВМ;

9 - антенна беспроводного интерфейса миниЭВМ;

10 - антенна беспроводного интерфейса ПЭВМ;

11 - беспроводной канал обмена данными.

Отличие предлагаемого стенда от имеющихся заключается в том, что вместо вращающегося ртутного или медного токосъемника для обмена информацией с вращающимся испытуемым прибором, применен бесконтактный интерфейс, что позволило производить обмен информацией с использованием импульсной (цифровой) последовательности сигналов (интерфейсы RS-485, USB, CAN, MIL1533…), что ранее было невозможно.

Стенд функционирует следующим образом.

Вращение вала 2 центрифуги 1 обеспечивает воздействие на объект испытаний требуемого значения линейной перегрузки, величина которой пропорциональна скорости вращения вала и расстояния между объектом испытаний и осью вращения вала.

В качестве миниЭВМ (МЭВМ) может быть использована, например, серийно выпускаемая Lenovo IdeaCentre 200-01 IBM.

(http://shop.lenovo.com/us/en/desktops/ideacentre/200/). В качестве ПЭВМ 7 может быть использована любая стандартная ЭВМ.

Безопасность миниЭВМ 6 и конвертера интерфейсов 8 обеспечивается существенно меньшим расстоянием между миниЭВМ 6 и конвертером 8 и осью вала (ориентировочно их перегрузка меньше перегрузки испытуемого прибора в 20 раз).

При вращении центрифуги 1 работающий объект испытаний, размещенный на столе 4, по кабелю передает данные по своему интерфейсу в конвертер интерфейса 8, который в свою очередь преобразует сигнал в конвертер миниЭВМ 6 и по кабелю передает преобразованный сигнал в миниЭВМ 6.

МиниЭВМ 6, установленная в центрифуге 1, обменивается информацией с ПЭВМ 7 при помощи устройств бесконтактной передачи сигналов (9, 10), входящих как в ПЭВМ 7, так и миниЭВМ 6, образуя беспроводной канал обмена данными 11.

А поскольку ПЭВМ 7 является интерфейсным устройством КПА 5, то осуществляется обмен информацией импульсными сигналами между объектом испытаний и КПА 5.

Размещение штыревой антенны 9 беспроводного интерфейса миниЭВМ 6 соосно оси центрифуги 1 позволяет снизить темп ошибок в беспроводном канале обмена данными 11 за счет устранения допплеровского смещения частоты приема/передачи, возникающего при вращении центрифуги 1 в отсутствие осевой центровки приемо-передающей антенны 9.

Таким образом, разработанный стенд предоставляет возможность испытания на нем приборов, применяемых в аппаратуре космических станций, использующих импульсные сигналы цифровых последовательных интерфейсов MIL-1533, RS-485, CAN, Esernet, LVDS, USB….