深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》是上海空間電源研究所於2012年12月10日申請的專利，該專利的申請號為2012105266125，公布號為CN103036289A，授權公布日為2013年4月10日，發明人是金波、劉勇、劉東、許峰、瞿詩霞、錢斌。

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》公開一種深空探測中探測器的喚醒控制系統，其包含：串聯連線的喚醒負載開關和喚醒負載，喚醒控制開關和喚醒負載還電路連線母線；喚醒負載將太陽陣輸出的電流信號轉換為電壓信號；串聯連線的喚醒使能開關、二次電源喚醒控制電路和二次電源開關，喚醒使能開關、二次電源喚醒控制和二次電源開關電路還電路連線母線；二次電源喚醒控制電路檢測喚醒負載轉換的電壓信號，控制二次電源開關的通斷；蓄電池組及一次母線喚醒控制電路，其根據二次電源輸出電壓，控制蓄電池組放電開關和一次母線開關的通斷。該發明構建結構簡單，易於工程實現，在深空探測領域，為採用太陽電池陣—蓄電池組供電的探測器提供了一種有效的喚醒控制技術。

2016年12月7日，《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法
• 公布號：CN103036289A
• 授權日：2013年4月10日
• 申請號：2012105266125
• 申請日：2012年12月10日
• 申請人：上海空間電源研究所
• 地址：上海市徐匯區蒼梧路388號
• 發明人：金波、劉勇、劉東、許峰、瞿詩霞、錢斌
• Int.Cl.：H02J7/00(2006.01)I
• 代理機構：上海信好專利代理事務所（普通合夥）
• 代理人：張靜潔、徐雯瓊
• 類別：發明專利

專利背景

截至2012年12月，深空探測是世界科技發展的前沿領域，具有很強的基礎性、前瞻性、創新性和帶動性。人類的航天活動一般可分為地球套用衛星、載人航天和深空探測三大領域，開展深空探測活動，是航天技術發展的必然選擇，也是人類進一步了解宇宙、認識太陽系、探索地球與生命的起源和演化、獲取更多科學認識的必須手段。深空探測主要有兩方面內容，一是太陽系行星探測（近太陽以及遠離太陽），二是天文觀察。探測器電源系統絕大部分採用太陽電池陣-蓄電池組電源系統，探測器電源系統的主要任務是提供探測器上負載的全部電源。在光照期，太陽電池陣除提供探測器上設備所需全部能源外，並給化學蓄電池組充電。在陰影期，太陽電池陣不供電，由化學蓄電池組提供探測器上設備所需全部電源。一般化學蓄電池組只能提供幾個小時的能源，最長也只能維持幾天的能源，而深空探測工程中陰影期較長，如探月工程月夜有14天，其它探測器陰影期會長達數月，因此深空探測長時間陰影期僅靠探測器蓄電池組不足以維持探測器平台最小功率需求，探測器在長時間陰影期期間必須安全可靠的關閉所有設備，進入休眠；光照來臨後，逐步將平台負載可靠安全的加電。

截至2012年12月，中國已開展深空探測領域的勘測任務，喚醒技術在深空探測領域的套用屬於首次。

發明內容

專利目的

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》提供一種深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法，構建結構簡單，易於工程實現，能在探測器休眠狀態結束後自主喚醒探測器。

技術方案

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》提供一種深空探測中探測器的喚醒控制系統，該探測器的主電路包含分別與母線電路連線的太陽陣、分流模組、放電模組、蓄電池組、電容陣和二次電源，該主電路還包含一次母線開關、蓄電池組放電開關；

其特點是，上述的喚醒控制系統電路連線主電路和母線，該喚醒控制系統包含：

串聯連線的喚醒負載開關和喚醒負載，該喚醒控制開關和喚醒負載還電路連線母線；喚醒負載將上述太陽陣輸出的電流信號轉換為電壓信號；

串聯連線的喚醒使能開關、二次電源喚醒控制電路和二次電源開關，該喚醒使能開關、二次電源喚醒控制電路和二次電源開關還電路連線母線；上述二次電源喚醒控制電路檢測喚醒負載轉換獲得的電壓信號，並輸出喚醒控制信號至上述二次電源開關，控制二次電源開關的通斷；以及，蓄電池組及一次母線喚醒控制電路，其接收上述二次電源的輸出電壓，並根據二次電源的輸出電壓觸發，分別輸出喚醒控制信號至上述蓄電池組放電開關和一次母線開關，以控制蓄電池組放電開關和一次母線開關的通斷。

上述的二次電源喚醒控制電路包含電路連線的電壓檢測電路和二次電源開關繼電器線包驅動電路；上述電壓檢測電路中設定喚醒限值，並檢測喚醒負載轉換輸出的電壓信號，當電壓信號達到喚醒限值，觸發二次電源開關繼電器線包驅動電路輸出高電平信號使二次電源開關接通。

上述的蓄電池組及一次母線喚醒控制電路包含電路連線的脈衝發生電路和繼電器驅動電路；上述脈衝發生電路接收二次電源輸出，當二次電源輸出電壓提高，脈衝發生電路輸出上升沿觸發信號，觸發上述繼電器驅動電路輸出喚醒控制信號控制蓄電池組放電開關和一次母線開關接通。

上述蓄電池組及一次母線喚醒控制電路輸出200毫秒的喚醒控制信號。

當上述二次電源開關接通，上述二次電源輸出±12伏電壓。

一種如上述的深空探測中探測器的喚醒控制系統的喚醒控制方法，其特點是，該方法包含以下步驟：

步驟1、探測器出陰影時，其太陽陣輸出電流由零逐漸增大，太陽陣的輸出電流全部通過喚醒負載；

步驟2、喚醒負載將太陽陣輸出電流轉換為電壓信號並逐漸增大；

步驟3、電壓檢測電路中設定喚醒限值並檢測喚醒負載的電壓信號，，當檢測到喚醒負載的電壓信號達到喚醒限值，觸發二次電源開關繼電器線包驅動電路輸出高電平信號使二次電源開關接通；

步驟4、二次電源開關接通使二次電源加電，提高二次電源輸出電壓；

步驟5、二次電源輸出電壓提高使脈衝發生電路輸出上升沿觸發信號，使蓄電池組及一次母線喚醒控制電路輸出喚醒控制信號控制蓄電池組放電開關和一次母線開關接通；

步驟6、蓄電池組放電開關和一次母線開關接通，使主電路對探測器加電，整器被喚醒完成，遙控上行即遙測下行建立。

步驟7、探測器自主喚醒後斷開喚醒使能開關，探測器喚醒禁止。

上述步驟5中，上述蓄電池組及一次母線喚醒控制電路輸出200毫秒的喚醒控制信號。

上述步驟4中，當上述二次電源開關接通，上述二次電源加電，輸出±12伏電壓。

改善效果

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》和2012年12月前技術中深空探測中航天電源控制技術相比，其優點在於，該發明構建結構簡單，易於工程實現，在深空探測領域，為採用太陽電池陣—蓄電池組供電的探測器提供了一種有效的喚醒控制技術；

1）該發明的喚醒控制系統和控制方法保證了探測器安全渡過長時間陰影期後，能夠自主喚醒探測器開展探測任務，有效提高探測器的可靠性和工作壽命；

2）該發明中喚醒負載R0的設計將太陽陣的電流信號轉換為電壓信號，為二次電源喚醒電路提供了喚醒信號，根據喚醒時刻需要的太陽陣輸出功率設計參數。同時喚醒時刻溫度較低，太陽陣輸出電壓較高，由於太陽陣母線上接入喚醒負載，保證了喚醒時刻的母線不會過壓，防止高電壓對母線的衝擊；

3）該發明中二次電源喚醒控制電路能夠自主接通電源控制器的二次電源，二次電源接通後，電源控制器即可工作，輸出穩定的母線電壓，保證了用電設備的安全喚醒；

4）該發明中蓄電池組及一次母線喚醒控制電路能夠自主接通蓄電池組放電開關和一次母線開關，使蓄電池組放電通路建立，保證了喚醒後能夠滿足負載的能量需求，同時探測器加電，整器已被喚醒，遙控上行及遙測下行建立。

附圖說明

圖1為《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》深空探測中探測器的喚醒控制系統休眠時的電路圖；

圖2為該發明深空探測中探測器的喚醒控制系統喚醒後的電路圖；

圖3為該發明深空探測中探測器的喚醒控制系統的二次電源喚醒控制電路的電路圖；

圖4為該發明深空探測中探測器的喚醒控制系統的蓄電池組及一次母線喚醒控制電路的電路圖。

技術領域

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》涉及一種深空探測領域中航天電源控制技術，具體涉及一種深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法。

權利要求

1.一種用於顆粒狀調理食品的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於本裝置由進料閥（1）、擋板閥（2），微波加熱腔體（3）、微波源（4）、水負載管（5）、真空乾燥管（6）、氣體分布器（7）、帶有氮氣源的氣體流量調節器（8）、氣-固分離器（9）、卸料器（10）、捕水器（11）、制冷機（12）、真空貯罐（13）、真空泵（14）、控制臺（15）和水循環裝置（16）構成；進料閥（1）位於擋板閥（2）上部，擋板閥（2）位於微波加熱腔體（3）上方，擋板閥（2）加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失；擋板閥（2）通過管道與真空乾燥管（6）進口連線；微波加熱腔體（3）是圓柱型容器，微波加熱腔體（3）兩端用封頭密封；微波源（4）均勻分布於微波加熱腔體（3）四周四個方向，並按長度方向均勻交替分布，每個方向分布微波源數量為2-10個；水負載管（5）為PP材質管，安裝在微波加熱腔體（3）內，與真空乾燥管（6）平行，水負載管（5）與水循環裝置（16）連線；真空乾燥管（6）垂直安裝在微波加熱腔體（3）內，真空乾燥管（6）是物料乾燥及流動的通道；氣體分布器（7）位於真空乾燥管（6）下部，氣體分布器（7）通過管道與帶有氮氣源的氣體流量調節器（8）相連線；氣-固分離器（9）位於微波加熱腔體（3）的一側，氣-固分離器（9）通過管道與真空乾燥管（6）出口相連，氣-固分離器（9）的另一側連線捕水器（11），氣-固分離器（9）下部連線卸料器（10）；制冷機（12）及真空貯罐（13）通過管道與捕水器（11）相連線；真空泵（14）通過管道與真空貯罐（13）連線；控制臺（15）控制本裝置在脈衝噴動微波凍乾過程中的真空壓力及波動範圍、微波功率、脈衝噴動氣體流量與噴動周期的設定及自動調節。

2.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：真空乾燥管（6）在微波加熱腔體內垂直方向排列數為3-10排。

3.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：真空乾燥管（6）管內徑為32-100毫米，管道材質採用食品級聚四氟乙烯材料製作。

4.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於微波功率根據物料設定溫度曲線由控制臺（15）自動連續跟蹤調節，誤差控制在±1℃。

5.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：物料在脈衝噴動微波凍乾過程中在微波加熱腔體（3）圓柱表面周邊均分設有四個觀察窗，可以觀察到微波加熱腔體（3）內的變化狀態。

6.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：在脈衝噴動微波凍乾過程中水負載用來保護微波源及自動調節真空乾燥管中微波場強。

7.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：真空乾燥管中真空壓力波動範圍為80-1500帕。

8.根據權利要求1所述的脈衝噴動微波凍乾裝置，其特徵在於：物料通過進料閥（1）及擋板閥（2）進入真空乾燥管（6），擋板閥加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失；真空乾燥管（6）是物料乾燥及流動的通道；微波加熱腔體（3）是圓柱型容器，微波源（4）均勻分布其四周，真空乾燥管（6）安裝在微波加熱腔體（3）內，微波加熱腔體（3）兩端用封頭密封；水負載管（5）為PP材質管，安裝在微波加熱腔體（3）內，與真空乾燥管（6）平行，水負載管（5）與水循環裝置（16）連線，水負載用來保護微波源及自動調節真空乾燥管中微波場強；氣-固分離器（9）連線微波加熱腔體（3）內真空乾燥管（6）出口，並通過管道與捕水器（10）連線；氣體分布器（7）安裝在真空乾燥管（6）下部，並通過管道與帶有氮氣源的氣體流量調節器（8）相連線，顆粒狀調理食品在脈衝噴動微波凍乾過程中的真空壓力及波動範圍、微波功率、氣體流量與噴動周期均通過控制臺（15）調節。

實施方式

如圖1並結合圖2所示，深空探測的探測器中設有主電路和母線。主電路包含分別與母線電路連線的太陽陣11、分流模組22、放電模組33、蓄電池組44、電容陣55和二次電源66，該主電路還包含電路連線在母線上的一次母線開關K0、電路連線在放電模組33與蓄電池組44之間的蓄電池組放電開關K1。

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》公開的深空探測中探測器的喚醒控制系統電路連線主電路和母線，該喚醒控制系統包含：喚醒負載開關K2-2、喚醒負載R0、喚醒使能開關KW、二次電源喚醒控制電路101和蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102，以及電路連線在母線與二次電源66之間的二次電源開關K2-1。

喚醒負載開關K2-2和喚醒負載R0串聯連線，並電路連線至母線。

在探測器休眠時，喚醒負載開關K2-2保持連通，為喚醒做準備；當探測器喚醒後，喚醒負載開關K2-2斷開，為休眠做準備。

在探測器出陰影時，太陽陣11輸出電流由零逐漸增大，並全部通過喚醒負載R0，喚醒負載R0用於將太陽陣11輸出的電流信號轉換為電壓信號，並作為喚醒信號傳輸至二次電源喚醒控制電路101。該喚醒負載R0的參數根據探測器喚醒後所需的功率以及二次電源喚醒控制電路101的相關參數確定。

喚醒使能開關KW和二次電源喚醒控制電路101串聯連線，該喚醒使能開關KW和二次電源喚醒控制電路101還電路連線至母線。

二次電源喚醒控制電路101檢測喚醒負載R0轉換獲得的電壓信號，根據該電壓信號控制二次電源開關K2-1的通斷。當電壓信號達到二次電源喚醒控制電路101中的喚醒限值，二次電源喚醒控制電路101即輸出喚醒控制信號至二次電源開關K2-1，二次電源開關K2-1導通。

在探測器喚醒前，應確保喚醒使能開關KW處於閉合狀態，即喚醒使能。

蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102輸入端電路連線二次電源66，輸出端分別電路連線一次母線開關K0和蓄電池組放電開關K1，蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102根據二次電源66的輸出電壓，控制蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0的通斷。當二次電源開關K2-1閉合導通，二次電源66加電，其輸出由0伏變為12伏即產生上升沿觸發信號，輸出200毫秒的喚醒控制信號至蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0，控制蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0導通，即實現主電路對探測器的供電，實現整器喚醒。

如圖3所示，二次電源喚醒控制電路101包含電路連線的電壓檢測電路1011和二次電源開關繼電器線包驅動電路1012。

電壓檢測電路1011包含穩壓管W1、穩壓管W2、穩壓管W3、穩壓管W4和限流電阻R1、限流電阻R2、限流電阻R3、限流電阻R4，根據喚醒時刻的電壓值選擇器件參數，由器件參數設定喚醒限值。

二次電源開關繼電器線包驅動電路1012包含三極體Qa、Qb、Qc、Qd，每個三極體基極都電路連線有電阻。

電壓檢測電路1011檢測喚醒負載R0轉換輸出的電壓信號，當電壓信號達到喚醒限值，觸發二次電源開關繼電器線包驅動電路1012輸出高電平信號使二次電源開關K2-1接通。當二次電源開關K2-1接通後，二次電源66加電，輸出±12伏電壓。

如圖4所示，蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102包含電路連線的脈衝發生電路1021和繼電器驅動電路1022。

繼電器驅動電路1022中包含有三極體Q11，Q21，Q31，Q41，Q1，Q2，Q3，Q4。

本實施例中並聯連線有若干個脈衝發生電路1021，該脈衝發生電路1021由雙穩態觸發晶片及其外圍電路組成，用於根據脈衝持續時間設定外圍電路參數，其接收二次電源66輸出，脈衝發生電路1021在二次電源66輸出由0伏變到12伏時產生上升沿觸發信號，輸出200毫秒的控制信號由繼電器驅動電路1022控制接通蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0（該蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0在休眠時保持打開）。

《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》還公開了一種深空探測中探測器的喚醒控制系統的喚醒控制方法，該方法包含以下步驟：

步驟1、探測器出陰影（月夜）時，探測器太陽翼工作，太陽陣11輸出電流由零逐漸增大，太陽陣11的輸出電流全部經由母線通過喚醒負載R0。

步驟2、喚醒負載R0將太陽陣11輸出電流轉換為電壓信號，喚醒負載R0兩端電壓（即母線電壓）逐漸增大。

步驟3、二次電源喚醒控制電路101的電壓檢測電路1011中設定有喚醒限值，並檢測喚醒負載R0的電壓信號，當檢測到喚醒負載R0的電壓信號達到喚醒限值，即觸發二次電源喚醒控制電路101的二次電源開關繼電器線包驅動電路1012輸出高電平信號使二次電源開關K2-1接通。

步驟4、二次電源開關K2-1接通，使二次電源66加電，二次電源66輸出電壓提高，輸出±12伏電壓。

步驟5、二次電源66輸出電壓提高，由0伏提高至12伏，使蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102中脈衝發生電路1021輸出上升沿觸發信號，蓄電池組及一次母線喚醒控制電路102即輸出200毫秒的喚醒控制信號控制蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0接通。

步驟6、蓄電池組放電開關K1和一次母線開關K0接通，使主電路對探測器加電，整器被喚醒完成，遙控上行即遙測下行建立。

步驟7、探測器自主喚醒後斷開喚醒使能開關KW，探測器喚醒禁止。

榮譽表彰

2016年12月7日，《深空探測中探測器的喚醒控制系統和喚醒控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。