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航天航空2019-08-01

NASA部署了MICROSTRAIN无线传感器网络

MicroStrain的无线传感器分布式网络及其基于云的数据管理门户SensorCloud被NASA用于监控声震对肯尼迪航天中心设备的影响。


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航天飞机发射事件期间火箭尾气产生的噪音对航天器,地面设施和设备的安全产生了相当大的影响。累积的压力会威胁暴露系统的安全运行。MicroStrain与美国宇航局肯尼迪航天中心的研究人员合作,实施无线传感器解决方案。该解决方案支持基于网络的远场穿梭发射声学监测。测试结果证实了具有准确,易于访问的现场数据的预测模型。此外,部署的传感器网络为NASA提供了实施可扩展远程传感器网络的基础,该网络能够主动监控高价值的危险系统。

NASA火箭声学计划的首要目标是远程监控危险系统。NASA监测的一个特别感兴趣的系统是用于容纳各种类型的加压流体的复合包裹压力容器(COPV)。COPV严重受到内部压力和靠近航天飞机发射的影响。这些系统的失效对任务安全和保障构成重大威胁。由于可接近性和极端操作条件的限制,传统的硬连线解决方案无法监控这些危险系统所经受的应变。NASA考虑了各种系统,发现MicroStrain的传感解决方案满足了这个特定项目的所有要求。

MicroStrain与NASA的项目重点是量化声学和振动对远场设备的影响。严格的任务协议阻止研究人员在发射前后几天进入测试区域。与发射序列启动的时间有关的不确定性进一步复杂的测试条件。结果,部署的传感器系统需要保持通电并且在预期启动时间窗口时发出警报。这些条件要求无线传感器网络在有限的功率下工作,同时仍然提供能够捕获发射声学的短暂但动态性质的测量频率。



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基于Web的数据管理
在这段时间内不断收集信息会产生大量难以导航和传输的数据。需要强大的数据管理策略来识别和分析关键阈值数据。MicroStrain的解决方案通过结合先进的电源管理技术,高性能无线节点和创新的基于Web的数据管理平台SensorCloud®,解决了NASA项目提出的数据收集问题和测试环境考虑因素。 

通过实施MicroStrain传感器和传感器服务的组合,NASA研究人员能够远程监控肯尼迪航天中心STS-134 Endeavor和STS-135 Atlantis发射场的远场声学,压力和振动水平。

MicroStrain为NASA提供了所有必要的硬件,软件和支持,以在此应用中实现无线传感器系统。系统硬件包括两个无线G-Link®加速节点,一个无线SG-Link®应变仪,一个无线WSDA®数据采集基站和SensorCloud®。节点安装在一个低固有频率的悬臂板上。该板安装在Shuttle PAD 39B上,该接口与Shuttle PAD 39A相邻,最后几次发射已经发生。在这个位置,该板暴露于距离航天飞机升空约7000英尺处的声学和振动发射效应,并且在那里感兴趣的是远场声学。

NASA先前进行的计算估算了不同距离的峰值声学负载,但是,这些水平并未用于确定损伤效应。 

在航天器成功离开后,数据减少被用于隔离发射事件的传感器数据。最初,数据是在本地PC上收集的。由于五天的测量时间表,计算机收集了超过3千兆字节的信息。NASA通过将其上传到SensorCloud来解决查看,导航和共享大量数据的问题。在SensorCloud上,MicroStrain支持工程师与NASA研究人员合作,寻找和分析关键的threashold数据。MicroStrain SG-Link应变计的两组加速度数据清楚地显示了峰值振动水平。结果使NASA能够计算火箭产生的等效静载荷并将数据关联起来以分析预测。


可扩展平台

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除了模型验证之外,所描述的传感器网络对NASA研究人员的价值还包括在多个位置和设备类型上进行无线扩展的能力。无线网络可以在研究人员无法维护有线网络所需的访问权限的情况下实施。

通过这种方式,MicroStrain的传感器解决方案能够通过主动测量对高价值和潜在危险资产(如COPV)施加的应变来节省宝贵的NASA资源。智能数据管理可降低潜在的维护成本,防止过早更换或故障。其结果是提高了受监控组件的安全性,并且是一种工具,可以按条件支持设备和结构的可用性和可维护性问题。


致谢
作者感谢美国宇航局肯尼迪航天中心的Rudy Werlink和Ravi Margasahayam分享了他们在此案例研究中的应用细节和经验。

本文不代表NASA对任何特定产品或应用的认可。