專利名稱：一種實時負壓模擬裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣壓環境模擬技術領域，特別涉及一種實時負壓模擬裝置。
背景技術：
航空和航天產品的研制過程中，需要建立各類不同規模的環境模擬設備，而壓力模擬設備是環境模擬設備的重要組成部分。對于整機壓力模擬設備，產品的研制長、資金花費大，同時收到實驗條件制約，壓力參數難以滿足試驗需求。專利201110042703.7提出了一種大氣壓力環境模擬裝置，該裝置主要設計一種光大氣傳輸環境的模擬，適用于進行激光大氣傳輸時進行的物理問題研究。專利200810224273.9提出了一種腔室壓力控制方法及控制系統，該系統針對等離子體處理設備中的傳輸腔室設計了技術方案。這兩種專利是針對某項具體的介質傳輸而設計的模擬裝置及控制系統，來研究相關性能指標。這兩種專利并非應用于半實物仿真中的環境模擬領域，而且也不適合進行氣壓傳感器測量精度的檢測。為了滿足實驗室環境下的負壓實驗需求，需要建立實時的負壓模擬裝置。目前，美國、俄羅斯、歐洲空間局等都設有空間壓力模擬設備，中國空間設備研究院也建有大空間模擬設備。由于大空間壓力模擬設備空間大，降壓過程對壓力控制系統的排氣量及降壓速率要求很高，文獻《真空實驗艙數字式壓力控制系統設計與驗證》及專利201010603570.1分別設計了大容量實驗艙數字式壓力控制系統及以PLC為控制器的壓力控制系統，這兩種系統的結構設計與控制系統設計都比較復雜，主要適用于特定的裝置及技術的實驗室環境模擬。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種能夠根據設定的負壓值快速調節壓力容器內的壓力，具有精度高、實時性好的實時負壓模擬裝置。本實用新型的目的是這樣實現的:實時負壓模擬裝置，包括計算機1、PC1-1711板卡2、真空電氣比例閥3、空氣過濾器4、大氣壓源5、真空泵6、壓力模擬艙7、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9和氣體管路10，其特征是:計算機I內安裝PC1-1711板卡2 ；PC1-1711板卡2通過數據線與絕壓傳感器
I8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過氣體管路10經過空氣過濾器4與真空電氣比例閥3的管路接口相連；真空泵6通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過螺紋連接方式與絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9相連。所述的實時負壓模擬裝置的控制方法，包括以下步驟:步驟一:在計算機上安裝PC1-1711板卡2的驅動程序，測試A/D輸入通道和D/A輸出通道是否正常；將真空電氣比例閥3、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9、真空泵6上電，檢測是否正常工作；[0010]步驟二:在計算機上打開人機交互界面，選擇階躍、正弦或三角波電壓模擬信號作為設定壓力值，并選擇信號幅值及周期；步驟三:開始運行壓力模擬系統，參數設置完成后，通過人機交互界面運行系統，程序通過PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號，將該信號換算為壓力值；將人機交互界面設置的模擬電壓信號換算為壓力值，將二個壓力值進行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓力值大于設定壓力值，則調用模糊PI子程序，計算輸出控制量調節真空電氣比例閥3的閥芯運動方向，關閉氣體流入通道，同時打開氣體流出通道，真空泵6將壓力模擬艙7內氣體抽出，壓力模擬艙7內壓力降低；若絕壓傳感器I 8的壓力值小于設定壓力值，則調用模糊PI子程序，調節真空電氣比例閥3開啟氣體流入通道，同時關閉氣體流出通道，大氣壓源向壓力模擬艙內流入氣體，壓力模擬艙內壓力升高；當壓力模擬艙內壓力達到設定值時，真空電氣比例閥3處于微調狀態，使壓力模擬艙7內氣體補氣量與泄漏量動態平衡，系統艙內壓力穩定；系統通過程序設定的采樣頻率實時采集外部傳感器數據并調節真空電氣比例閥3，實現對壓力模擬艙7氣體壓力的動態調節；絕壓傳感器
II9測量壓力模擬艙7內氣體壓力值并輸出至半實物仿真系統；步驟四:結束運行壓力模擬系統，通過人機交互界面關閉壓力模擬系統，開啟壓力模擬艙7上的手動放氣閥，對壓力模擬艙7進行復壓，使外界空氣進入艙內達到內外壓力值平衡。本實用新型方法的優點在于:本實用新型根據水下高速運動體在人工通氣條件下空泡內壓力的變化范圍和性能技術指標的測試要求，結合高精度真空電氣比例閥、絕壓傳感器、模糊PI控制算法等，實現了壓力模擬艙內壓力可在15kPa IOOkPa范圍內變化，動態精度可以達到0.3kPa，且壓力變化連續、響應速度快，能夠滿足實驗室環境下半實物仿真中的環境模擬及壓力傳感器的測試要求。基于本實用新型的實時負壓模擬裝置具有操作簡單、模擬效果好、通用性強、工作可靠、便于計算機控制等優點。

圖1為本實用新型的結構組成示意圖；圖2(a)為壓力模擬艙結構主視圖；圖2(b)為壓力模擬艙結構側視圖；圖3為本實用新型壓力控制系統的控制原理圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。結合圖1，本實用新型的負壓實時模擬裝置包括計算機1、PC1-1711板卡2、真空電氣比例閥3、空氣過濾器4、大氣壓源5、真空泵6、壓力模擬艙7、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9和氣體管路10。計算機I內安裝PC1-1711板卡2 ;PCI_1711板卡2通過數據線與絕壓傳感器I 8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過氣體管路10經過空氣過濾器4與真空電氣比例閥3的管路接口相連；真空泵6通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過螺紋連接方式與絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9相連。絕壓傳感器I 8為計算機提供壓力測量信號。絕壓傳感器II 9為半實物仿真系統提供壓力測量信號。在計算機I用Visual C++6.0設計人機交互界面，編制三種設定的壓力信號類型:階躍信號、正弦信號和三角波信號，設計模糊PI控制器，該控制器根據設定壓力與實際壓力的偏差值計算需要輸出的控制量，調節通過真空電氣比例閥3的氣體流量，使壓力模擬艙7內的實際壓力值快速達到人機交互界面上設定的壓力值。結合圖2(a)，壓力模擬艙7由5部分構成，分別為:1 一氣體通道接頭、2—艙體、3—標準接頭、4 一轉接頭、5—手動放氣閥。氣體通道接頭通過氣管與真空電氣比例閥3的氣體接口相連。標準接頭可以連接標準連接尺寸的絕對壓力傳感器，標準接頭也可以通過轉接頭連接非標準尺寸的絕對壓力傳感器手動放氣閥主要適用于實驗結束后，快速提高壓力模擬艙7內的氣體壓力，達到艙內外的壓力平衡。結合圖3，在計算機中編制系統控制程序的流程主要為:計算機通過PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號，將該信號換算為壓力值；將人機交互界面設置的模擬電壓信號換算為壓力值，將二個壓力值進行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓力值大于設定壓力值，則調用模糊PI控制器，計算輸出控制量調節真空電氣比例閥3的閥芯運動方向及開度，關閉氣體流入通道，同時打開氣體流出通道，使壓力模擬艙7內壓力降低；若絕壓傳感器I 8的壓力值小于設定壓力值，則調用模糊PI子程序，調節真空電氣比例閥3開啟氣體流入通道，同時關閉氣體流出通道，大氣壓源向壓力模擬艙內流入氣體，壓力模擬艙7內壓力升高；當壓力模擬艙內壓力達到設定值時，真空電氣比例閥3處于微調狀態，使壓力模擬艙7內氣體補氣量與泄漏量動態平衡，系統艙內壓力穩定。本實用新型的具體實現步驟為:步驟一:在計算機上安裝PC1-1711板卡2的驅動程序，測試A/D輸入通道和D/A輸出通道是否正常；將真空電氣比例閥3、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9、真空泵6上電，檢測是否正常工作。步驟二:在計算機上打開人機交互界面，選擇階躍、正弦或三角波電壓模擬信號作為設定壓力值，并選擇信號幅值及周期。步驟三:開始運行壓力模擬系統。參數設置完成后，通過人機交互界面運行系統，通過PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號，將該信號換算為壓力值；將人機交互界面設置的模擬電壓信號換算為壓力值，將二個壓力值進行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓力值大于設定壓力值，則調用模糊PI子程序，計算輸出控制量調節真空電氣比例閥3的閥芯運動方向及開度，關閉氣體流入通道，同時打開氣體流出通道，真空泵6將壓力模擬艙7內氣體抽出，壓力模擬艙7內壓力降低；若絕壓傳感器I 8的壓力值小于設定壓力值，則調用模糊PI子程序，調節真空電氣比例閥3開啟氣體流入通道，同時關閉氣體流出通道，大氣壓源向壓力模擬艙內流入氣體，壓力模擬艙內壓力升高；當壓力模擬艙內壓力達到設定值時，真空電氣比例閥3處于微調狀態，使壓力模擬艙7內氣體補氣量與泄漏量動態平衡，系統艙內壓力穩定；系統通過程序設定的采樣頻率實時采集外部傳感器數據并調節真空電氣比例閥3，實現對壓力模擬艙7氣體壓力的動態調節；絕壓傳感器II 9測量壓力模擬艙7內氣體壓力值并為實驗室其它設備提供壓力測試信號。步驟四:結束運行壓力模擬系統。實驗結束后，通過人機交互界面關閉壓力模擬系統，開啟壓力模擬艙7上的手動放氣閥，對壓力模擬艙7進行復壓，使外界空氣進入艙內達到內外壓力值平衡。
權利要求1.一種實時負壓模擬裝置，其特征在于:包括計算機(I)、PC1-1711板卡(2)、真空電氣比例閥(3)、空氣過濾器(4)、大氣壓源(5)、真空泵(6)、壓力模擬艙(7)、絕壓傳感器I(8)、絕壓傳感器II (9)和氣體管路(10)，其特征是:計算機(I)內安裝PC1-1711板卡(2)；PC1-1711板卡(2)通過數據線與絕壓傳感器I (8)、真空電氣比例閥(3)相連；大氣壓源(5)通過氣體管路(10)經過空氣過濾器(4)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；真空泵(6)通過氣體管路(10)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；壓力模擬艙(7)通過氣體管路(10)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；壓力模擬艙(7)通過螺紋連接方式與絕壓傳感器I (8)、絕壓傳感器II (9)相連。
專利摘要本實用新型提供的是一種實時負壓模擬裝置。計算機1內安裝PCI-1711板卡2；PCI-1711板卡2通過數據線與絕壓傳感器Ⅰ8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過氣體管路10經過空氣過濾器4與真空電氣比例閥3的管路接口相連；真空泵6通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過螺紋連接方式與絕壓傳感器Ⅰ8、絕壓傳感器Ⅱ9相連。本實用新型能夠根據設定的負壓值快速調節壓力容器內的壓力，具有精度高、實時性好的特點。
文檔編號G09B25/00GK203038555SQ20122060947
公開日2013年7月3日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者韓云濤, 白濤, 趙國良, 孟浩 申請人:哈爾濱工程大學