CN102721515A - 卫星整星漏率检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星整星漏率检测装置及检测方法，包括检漏集气箱、标定装置、充放气装置、循环风机及氦质谱检漏仪，卫星安装在检漏集气箱内部，其中，所述检漏集气箱分别通过手动微调真空阀与标定装置和充放气装置相连接，所述氦质谱检漏仪连接在检漏集气箱上，所述循环风机安装在检漏集气箱内。本发明通过标定、残氦清除、累积数据获得及数据处理得到卫星整星漏率。本发明解决了卫星整星漏率获得的问题，满足了卫星在轨运行可靠性对整星漏率的要求，取得了提高检测数据可靠性、缩短卫星漏率检测时间、降低试验成本等有益效果。

Description

卫星整星漏率检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及卫星整星及其大型部组件的无损检测技术领域，具体是一种卫星整星漏率检测装置及检测方法

背景技术

航天器的密封检测技术关系到航天器的成功与否，泄漏是航天的大敌，微小的漏孔也可能造成巨大的损失。据1957-2005年的不完全统计，国外航天器因泄漏造成发射失败的次数占总失败次数的10%以上。美国挑战者航天飞机在1986年因密封圈失效而发生爆炸，造成极大的政治影响和经济损失。2002年12月，欧空局由于火神2号发动机扩散器冷却管发生泄漏从而导致发射失败。正因为航天器泄漏是关系到航天器成败与否的生死攸关的重大问题，各航天国家都非常重视航天器的检漏技术，力图通过灵敏可靠的检漏方法、检漏工艺在元器件生产、单机研制、总装阶段、发射阶段、轨道运行阶段发现航天器的泄漏隐患，以提前采取泄漏故障排除措施。

目前，国内外航天器的检漏方法多种多样，俄罗斯的飞船多采用真空容器法，欧空局采用四极质谱计大气累积法，NASA的航天飞机则一般采用皂泡法、流量计法。国内运载火箭通常采用氦质谱吸枪累积检漏法，卫星一般采用氦质谱非真空积累法进行检漏。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种卫星整星漏率检测装置及检测方法

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种卫星整星漏率检测装置，包括检漏集气箱、标定装置、充放气装置、循环风机及氦质谱检漏仪，卫星安装在检漏集气箱内部，其中，所述检漏集气箱分别通过手动微调真空阀与标定装置和充放气装置相连接，所述氦质谱检漏仪连接在检漏集气箱上，所述循环风机安装在检漏集气箱内。

所述标定装置包括氦气钢瓶、标准容器及压力真空计，所述氦气钢瓶通过一个手动微调真空阀与标准容器相连接，所述压力真空计连接在标准容器上。

一种利用卫星整星漏率检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一，标定：利用标定装置获取检漏集气箱内标定曲线；

步骤二，标定残留氦气的清除：吹扫检漏集气箱内残留氦气；

步骤三，卫星累积泄漏数据获得：将卫星内充入一定压力的氦气，密封后通过氦质谱检漏仪定期检测检漏集气箱内的氦气浓度；

步骤四，数据处理：通过最小二乘法计算出卫星的总漏率。

所述步骤一包括以下步骤：

第一步，检查卫星内的压力及是否充有氦气：

-有压力，应将压力恢复到一个大气压，

-有氦气，用0.3MPa的高纯氮气置换大于等于三次；

第二步，检查检漏集气箱并用高纯氮气吹扫卫星，用吸枪法检测箱内氦本底浓度不高于周围环境；

第三步，将卫星置入检漏集气箱内并密封检漏集气箱；

第四步，通过标定装置向检漏集气箱内逐次充入固定量的氦气，获取标定曲线。

所述步骤二包括以下步骤：

第一步，标定结束后，打开检漏集气箱，取出卫星，清除检漏集气箱内氦气，使其本底浓度和标定前的数值基本一致；

第二步，用高纯氮气吹除卫星内部残留氦气，使其本底浓度和标定前的数值基本一致。

所述步骤三包括以下步骤：

第一步，根据检漏实施细则的规定，通过充放气装置向卫星内充入一定压力的氦气；

第二步，将卫星再次置入检漏集气箱并密封，用氦质谱检漏仪的吸枪功能定期进行累积泄漏数据的检测采样，所述数据为采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i。

所述检测采样标准为，每次检漏采样前，必须严格按照氦质谱检漏仪使用要求校准，使每次检测时仪器的工作状态保持一致；所述检测时间间隔不小于6小时，每次采样前，质谱检漏仪启动工作1小时，循环风机启动工作15分钟；每次采样分别记录采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i，采样次数大于等于5次。

所述步骤四包括以下步骤：

第一步，将获取的各时刻点T_i对应的的氦检漏仪输出值U_i从标定曲线上查出其所对应的累积泄漏量W_i；

第二步，利用最小二乘法拟合出W～T曲线，并求出线性增长率ΔW/ΔT，线性拟合度大于等于0.99，所述ΔW为单位时间内的试件泄漏气体总量，ΔT为单位时间；

第三步，根据公式所求出的线性增长率即为卫星的漏率Q；

第四步，漏率值Q的不确定度评估：利用线性拟合曲线上对应漏率数据点的最大漏率值Q_max和最小漏率值Q_min计算得到漏率的不确定度。

本发明提供的卫星整星漏率检测装置及检测方法，在传统的氦质谱吸枪累积检漏工艺方法的基础上进行优化而来。通过优化设计，本发明取得了如下的有益效果：

1、利用定量气体标定装置取代了标准漏孔，解决了传统氦质谱大气检漏法过于依赖标准漏孔的漏率准确度的问题；

2、对传统氦质谱大气检漏法进行了优化改进，大大的缩短了检漏周期；

3、采取曲线标定的方法，降低了因氦质谱检漏仪自身工作稳定性的变化对整个检漏结果的影响；

4、利用最新二乘法对测试数据进行数学处理，缩短了数据处理时间、提高了数据处理的精度，且方法简单；

本发明采用的是定量气体常压累积曲线比对法，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

附图说明

图1为本发明卫星整星漏率检测标定装置示意图；

图2为本发明卫星整星漏率检测方法原理示意图；

图中21为标定装置，22为卫星，23为检漏集气箱，24为充放气装置，25为循环风机，26为氦质谱检漏仪，12为标准容器，13为手动微调真空阀，14为氦气钢瓶，15为真空泵，16为压力真空计。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括检漏集气箱23、标定装置21、充放气装置24、循环风机25及氦质谱检漏仪26，卫星22安装在检漏集气箱23内部，其中，检漏集气箱23分别通过手动微调真空阀13与标定装置21和充放气装置24相连接，氦质谱检漏仪26连接在检漏集气箱23上，循环风机25安装在检漏集气箱23内。

在本实施例中，标定装置21包括氦气钢瓶14、标准容器12及压力真空计16，氦气钢瓶14通过一个手动微调真空阀13与标准容器12相连接，压力真空计16连接在标准容器12上。

充放气装置24的真空泵15连接在另一个手动微调真空阀13上。

实施例2

实施例2为利用实施例1提供的卫星整星漏率检测装置的检测方法。

本实施例包括以下步骤：

步骤一，标定：利用标定装置获取检漏集气箱内标定曲线；

第一步，检查卫星内的压力及是否充有氦气，如有压力，应将压力恢复到一个大气压，如有氦气，用0.3MPa的高纯氮气置换不少于三次。

第二步，检查检漏集气箱并用高纯氮气吹扫卫星，用吸枪法检测箱内氦本底浓度不高于周围环境；

第三步，将卫星置入检漏集气箱内并密封检漏集气箱；

第四步，通过标定装置向检漏集气箱内逐次充入固定量的氦气（P·V），获取标定曲线。

步骤二，标定残留氦气的清除：吹扫检漏集气箱内残留氦气；

第一步，标定结束后，打开检漏集气箱，取出卫星，清除检漏集气箱内氦气,使其本底浓度和标定前的数值基本一致；

第二步，用高纯氮气吹除卫星内部残留氦气，使其本底浓度和标定前的数值基本一致。

步骤三，卫星累积泄漏数据获得：将卫星内充入一定压力的氦气，密封后通过氦质谱检漏仪定期检测检漏集气箱内的氦气浓度；

第一步，根据检漏实施细则的规定，通过充放气装置向卫星内充入一定压力的氦气；

第二步，将卫星再次置入检漏集气箱并密封，用氦质谱检漏仪的吸枪功能定期进行累积泄漏数据的检测采样，数据为采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i；

检测采样标准为，每次检漏采样前，必须严格按照氦质谱检漏仪使用要求校准，使每次检测时仪器的工作状态保持一致；检测时间间隔不小于6小时，每次采样前，质谱检漏仪启动工作1小时，循环风机启动工作15分钟；每次采样分别记录采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i,采样次数一般不少于5次。

步骤四，数据处理：通过最小二乘法计算出卫星的总漏率；

第一步，将获取的各时刻点T_i对应的的氦检漏仪输出值U_i从标定曲线上查出其所对应的的累积泄漏量W_i；

第二步，利用最小二乘法拟合出W～T曲线，并求出线性增长率ΔW/ΔT，线性拟合度需不小于0.99，其中，ΔW为单位时间内的试件泄漏气体总量，ΔT为单位时间；

第三步，根据公式所求出的线性增长率即为卫星的漏率Q；

第四步，本方法所检测得到的漏率值Q的不确定度评估：利用线性拟合曲线上对应漏率数据点的最大漏率值Q_max和最小漏率值Q_min计算得到漏率的不确定度。

Claims (8)

1.一种卫星整星漏率检测装置，其特征在于，包括检漏集气箱、标定装置、充放气装置、循环风机及氦质谱检漏仪，卫星安装在检漏集气箱内部，其中，所述检漏集气箱分别通过手动微调真空阀与标定装置和充放气装置相连接，所述氦质谱检漏仪连接在检漏集气箱上，所述循环风机安装在检漏集气箱内部。

2.根据权利要求1所述的卫星整星漏率检测标定装置，其特征在于，所述标定装置包括氦气钢瓶、标准容器及压力真空计，所述氦气钢瓶通过一个手动微调真空阀与标准容器相连接，所述压力真空计连接在标准容器上。

3.一种利用如权利要求1或2所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，标定：利用标定装置获取检漏集气箱内标定曲线；

步骤二，标定残留氦气的清除：吹扫检漏集气箱内残留氦气；

步骤三，卫星累积泄漏数据获得：将卫星内充入一定压力的氦气，密封后通过氦质谱检漏仪定期检测检漏集气箱内的氦气浓度；

步骤四，数据处理：通过最小二乘法计算出卫星的总漏率。

4.根据权利要求3所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：

第一步，检查卫星内的压力及是否充有氦气：

-有压力，应将压力恢复到一个大气压，

-有氦气，用0.3MPa的高纯氮气置换大于等于三次；

第二步，检查检漏集气箱并用高纯氮气吹扫卫星，用吸枪法检测箱内氦本底浓度不高于周围环境；

第三步，将卫星置入检漏集气箱内并密封检漏集气箱；

第四步，通过标定装置向检漏集气箱内逐次充入固定量的氦气，获取标定曲线。

5.根据权利要求3所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：

第一步，标定结束后，打开检漏集气箱，取出卫星，清除检漏集气箱内氦气，使其本底浓度和标定前的数值基本一致；

第二步，用高纯氮气吹除卫星内部残留氦气，使其本底浓度和标定前的数值基本一致。

6.根据权利要求3所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：

第一步，根据检漏实施细则的规定，通过充放气装置向卫星内充入一定压力的氦气；

第二步，将卫星再次置入检漏集气箱并密封，用氦质谱检漏仪的吸枪功能定期进行累积泄漏数据的检测采样，所述数据为采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i。

7.根据权利要求6所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测采样标准为，每次检漏采样前，必须严格按照氦质谱检漏仪使用要求校准，使每次检测时仪器的工作状态保持一致；所述检测时间间隔不小于6小时，每次采样前，质谱检漏仪启动工作1小时，循环风机启动工作15分钟；每次采样分别记录采样点的时刻T_i和直流电压信号U_i，采样次数大于等于5次。

8.根据权利要求3所述的卫星整星漏率检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤四包括以下步骤：

第一步，将获取的各时刻点T_i对应的的氦检漏仪输出值U_i从标定曲线上查出其所对应的累积泄漏量W_i；

第二步，利用最小二乘法拟合出W～T曲线，并求出线性增长率ΔW/ΔT，线性拟合度大于等于0.99，所述ΔW为单位时间内的试件泄漏气体总量，所述ΔT为单位时间；

第三步，根据公式所求出的线性增长率即为卫星的漏率Q；

第四步，漏率值Q的不确定度评估：利用线性拟合曲线上对应漏率数据点的最大漏率值Q_max和最小漏率值Q_min计算得到漏率的不确定度。

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