使测试更加可靠：奇石乐助力韩国航空航天研发

韩国航空航天研究院（KARI）采用奇石乐测量技术，对卫星进行力限振动试验（FLVT）。测试人员将24个力传感器排布在环形结构上，同时与LabAmp电荷放大器和数据采集单元相连接，为集成加速度控制提供基础力控数据，避免过试验对卫星设备造成损伤。

与其他国家相比，韩国的航空航天探索历史相对较短。1989年，韩国航空航天研究院（KARI）成立，韩国的太空探索活动自此拉开帷幕。KARI位于韩国中心城市大田的大德科学城（Daedeok Innopolis），共有研究人员两万余名。20世纪90年代，KARI成功研发第一代航天运载火箭；目前，KARI主要致力于智能无人机（UAV）和卫星的研发工作，并与美国国家航空航天局（NASA）合作开展月球探索项目。

KARI的工程师希望设计一套测量基础设施，能够对大型有效载荷进行灵活的振动测试，该项目自2018年6月起延续至今。力限振动测试（FLVT）能够有效模拟卫星发射和飞行过程中的振动造成的机械应力。在力限振动测试中，UUT（被测单元）被放置在一个可以触发力限和受控的质量激励振动台上。过度测试可能严重损害、甚至毁坏被测单元，因此，通常需要安装额外的力传感器，用来进行双闭环控制。“事实证明，这种方法比单纯监控加速度更加灵敏、可靠和实用。”KARI空间环境测试部主管及首席研究员Sung-Hyun Woo表示。“我们希望设计一套控制系统，能够根据力传感器的反馈，自动触发窄带宽的陷波激励。”技术术语窄带陷波（notching），系指在较窄的频带内减小加速度输入，通常应用于能够发生共振的被测物的频带附件。

高度精准的力和力矩测量

为实现这一目标，KARI的工程师决定部署24个奇石乐三轴力传感器（9377C）。该等传感器为压电式（PE）传感元件，能够精准测量三个轴上（Fx、Fy和Fz）高达150kN的力分量。KARI首席研究员及项目领队Jong-Min Im解释道：“我们之所以选择奇石乐预载型三轴力传感器，是因为它们便于安装，且在安装后无需校准。”为了能够在滑台上（3.25 x 3.25米）安装，并确保测量的精准度，工程师将24个载荷单元排布成环形，通过下方的大型圆盘连接至振动台，并通过上方的圆盘连接至受测单元。Im还表示：“我们来到瑞士后，奇石乐工程师向我们介绍了他们在类似项目中的经验，展示了环形结构体的最优设计方法，令我们获益匪浅。环形结构体直径为2.3米，由于24个力传感器之间间隔较远，只有将上下圆环精准对齐，才能实现最高的测量精确度。”

为确保数据采集和传输的高效性，KARI工程师还部署了20个奇石乐的LabAmp电荷放大器（5165A）。其中，18个4通道电荷放大器用于处理载荷单元的传感器信号；另外两个用于必要情况下的加速度测量。“使用这些高端、低噪音实验室数据采集解决方案，我们能够轻松获取传感器中的数据。”Im回忆道，“虽然这部分测量链很快就能完成，但真正的挑战才刚刚开始。想要同时处理72个通道，就必须密切关注力矩的计算时间。但是，配置一套能将信号延迟降至最低的软硬件组合十分困难。信号延迟越久，就越有可能导致陷波激励的触发时间太迟。”

可靠的测量数据和快速处理能力，助力自动化控制系统研发

KARI工程师们付出的巨大努力最终获得了回报。他们采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA），不论正在进行的操作有多少，都能同时处理多个计算。Im评论说：“现在，完整的力-力矩闭环计算一次只需0.04毫秒，三次循环计算一共仅需0.12毫秒。想要构建力测量和加速度控制接口，就必须考虑大量的参数和变量。虽然经历了重重险阻，但我们最终获得了成功！”

接下来，需要对新的控制系统进行对比测试。Im解释道：“我们希望验证新系统是否优于手动程序，因此，我们使用安装好的结构进行横向振动测试，将巨大的力矩作用于卫星模型基座上。”测试结果清楚地证明，整个系统运行良好。自动陷波将共振振幅中的加速度输入从0.15g减至0.03g，整个系统的最高力矩未超过60kN.m；而手动控制系统中，最高力矩达71kN.m，即表示已出现严重的过试验。KARI的工程师继续使用集成式自动陷波系统进行力限振动测试，限值为300kNm。该测试仍然获得了令人满意的结果，于是，他们决定将新系统正式投入实体卫星的测试应用。

Sung-Hyun Woo总结道：“在整个项目过程中，无论是产品质量、数据可靠性还是信息咨询，奇石乐都提供了出色的支持。奇石乐与我们分享了大量的压电测量链知识，协助我们稳步推进项目。我们相信，在未来的项目中，奇石乐仍将是我们的重要伙伴。除力传感器和数据采集系统外，我们还将在未来项目中部署奇石乐的加速度计。不仅如此，我们还能随时从奇石乐的韩国分部获得本地技术支持。”