[发明专利]一种模拟导电滑环的电阻变化的模拟器及模拟方法

说明书

本发明涉及一种模拟导电滑环的电阻变化的模拟器，包括一个或多个传输通道，其中每个传输通道包括：开关阵列，其具有n个彼此并联的开关单元，其中n为整数，每个开关单元具有导通电阻R，所述开关阵列被配置为根据从控制总线接收的控制信号接通和/或断开相应数目的开关单元以便调节接入传输通道的电阻；控制总线，其用于将控制信号传输给开关阵列；以及噪声模拟器，其被配置为模拟导电滑环中的电磁干扰。通过本发明，除了能够进行电能和电信号传输外，还可以更加真实地模拟导电滑环运行时的特性、如电阻变化、电磁噪声和瞬断特性。

技术领域

本发明总体上涉及精密机械制造领域，具体而言涉及一种模拟导电滑环的电阻变化的模拟器及模拟方法。此外，本发明还涉及一种模拟导电滑环的电阻变化的方法。

背景技术

导电滑环用于机械地和电地连接两个相对旋转的旋转体，并在两个旋转体之间输送电能和信号。精密导电滑环属于高科技产品，用于为相对旋转的机构传输电能和电信号，一直以来被应用于尖端军事领域，是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件。随着制造工艺的提高，民用领域也越来越多地使用此类产品，例如将其用在工业自动系统控制中。广泛应用于安防、工厂自动化、电力、金融、仪表、航空航天、军事、运输、建筑等机电设备上。

导电滑环的核心结构为定子和转子，这两部分发生相对旋转，并分别引出导线与两个旋转体相连，以实现两个旋转体之间的电能或者电信号的传输。导电滑环结构复杂，制造工艺难度大，发生相对旋转易产生磨损，因此是机器的薄弱机械环节，是限制系统寿命的关键因素。例如具有高速旋转部件的卫星，其寿命主要受限于滑环的使用寿命。因此，提高滑环使用寿命，能直接提高整个系统的使用时限，极大地降低了整个系统的使用和维护成本，具有巨大经济效益。

通过滑环的优化设计、制造材料的改进、制造工艺的提高等“开源”方式都能有效延长滑环的使用寿命，同时，在非测试滑环试验时，通过滑环模拟器减少导电滑环在地面测试、验证阶段的使用等“节流”方法也具有增加系统的有效工作寿命。但是，现阶段通常用导线或者添加干扰的信号线来模拟导电滑环上的电能或者电信号传输，但是不能准确地反映导电滑环上的电阻波动、瞬断等特性，难以模拟真实滑环。

导电滑环的转子和定子的相对旋转引起的电阻波动直接影响传输线路上的电平大小和信号质量，是影响信号传输质量的关键指标；瞬断特性导致线路的瞬时断开，将直接切断信号传输电平和能源供给，影响信号的准确传输和能源的有效输送。

因此，需要一种方案以在导电滑环进行信号传输等测试过程中模拟真实导电滑环的特性，从而更加真实地模拟整个系统的在轨运行状态，增加地面试验的准确性。

发明内容

本发明的任务是提供一种模拟导电滑环的电阻变化的模拟器及模拟方法，通过该模拟器和/或该方法，除了能够进行电能和电信号传输外，还可以更加真实地模拟导电滑环运行时的电阻变化特性。另外，通过该模拟器和/或该方法还可以模拟导电滑环的其它特性，例如电磁噪声和瞬断特性。

具体而言，本发明提供一种模拟导电滑环的电阻变化的模拟器，包括一个或多个传输通道，其中每个传输通道包括：

开关阵列，其具有n个彼此并联的开关单元，其中n为整数，每个开关单元具有导通电阻R，所述开关阵列被配置为根据从控制总线接收的控制信号接通和/或断开相应数目的开关单元以便调节接入传输通道的电阻，其中所述开关单元包括双向导通的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，并且所述开关阵列还被配置为执行下列动作：

在模拟导电滑环传输线上的静态电阻R1的情况下接通数目k个开关单元，其中k满足下列等式：

以及

在模拟导电滑环的电阻改变量R3的情况下相应地断开或接通数目h个开关单元，其中h满足下列等式：

以及

控制总线，其用于将控制信号传输给开关阵列。