Orbit transfer rocket engine integrated control and health monitoring system technology readiness assessment

The objectives of this task were to: (1) estimate the technology readiness of an integrated control and health monitoring (ICHM) system for the Aerojet 7500 lbF Orbit Transfer Vehicle engine preliminary design assuming space based operations; and (2) estimate the remaining cost to advance this technology to a NASA defined 'readiness level 6' by 1996 wherein the technology has been demonstrated with a system validation model in a simulated environment. The work was accomplished through the conduct of four subtasks. In subtask 1 the minimally required functions for the control and monitoring system was specified. The elements required to perform these functions were specified in Subtask 2. In Subtask 3, the technology readiness level of each element was assessed. Finally, in Subtask 4, the development cost and schedule requirements were estimated for bringing each element to 'readiness level 6'

High-Accuracy Digital to Analog Converter Dedicated to Sine-Waveform Generator for Avionic Applications

RÉSUMÉ De nos jours, malgré les avancées remarquables de la microélectronique, les systèmes avioniques emploient essentiellement des technologies vieillissantes afin de répondre aux normes de sécurité exigeantes des systèmes avioniques. La nouvelle génération d'avionique modulaire intégrée (AMI) des More Electric Aircrafts (MEA), nécessite des architectures de réseaux stables et fiables, employant des modules électroniques intégrables modernes qui restent à être conçus et développés. Suivant cette tendance, une interface générique intelligente pour capteurs (Smart Sensor Interface - SSI), dédiée aux capteurs de position avionique est proposée dans ce mémoire. Le circuit intégré SSI fera partie d'un réseau de capteurs AFDX amélioré et est composé de signaux d'excitation et de modules d'acquisition de données. Les efforts de conception sont concentrés sur l'unité de génération de signaux d'excitation (Excitation Signal Generation - ESG) de la SSI. En tant que lien entre le réseau AFDX et les capteurs de déplacement, l'unité ESG doit générer des signaux sinusoïdaux précis, d'une fréquence allant de 1.5 kHz à 10 kHz. En respectant la programmation de l'interface, nous démontrerons qu'une architecture de générateur de signaux basée sur la mémoire est la seule option qui réponde aux objectifs du design. Le design d'un convertisseur numérique-analogique (CNA) basé sur le principe du sur-échantillonnage et faisant partie du chemin ESG est également présenté dans ce travail. Ce CNA est le noyau d'un générateur de signaux sinusoïdaux versatile conçu pour le système SSI proposé. Un taux d'échantillonnage élevé est utilisé dans ce CNA, de façon à obtenir un rapport signal sur bruit (Signal to Noise Ratio - SNR) élevé. Une analyse de l'impact d'une implémentation carrée et non-carrée de la matrice de sources de courant (Current Source Array - CSA) sur la performance de la séquence de commutation est présentée. Il sera démontré que la considération de tels impacts conduit à la conception de CNA plus précis. Une séquence de commutation optimale pour la taille du CSA conçu, sera introduite. Afin de réduire la taille des plots d'entrées et de sorties de la puce, un convertisseur de données série à parallèle haute-vitesse est inclu dans le CNA. Ainsi, les données d'entrée peuvent être envoyées de façon sérielle à un registre à décalage et appliquées de façon interne au noyau du CNA.----------ABSTRACT Today, despite the astonishing advances in the field of Microelectronics, avionics systems are mostly employing older technologies to guarantee the level of reliability required by stringent safety standards of avionic systems. Toward the new generation of Integrated Modular Avionics (IMA) in More Electric Aircrafts (MEA), reliable and stable network architecture which employs modern integrated electronic modules must be designed and developed. In this trend, a generic Smart Sensor Interface (SSI) for avionics displacement sensors will be proposed in this Master thesis. The integrated SSI circuit will be part of an improved AFDX sensor network and consists of signal excitation and data acquisition paths. The design efforts of this Master thesis will focus on the Excitation Signal Generation (ESG) unit of the SSI. As a link between AFDX network and displacement sensors, the ESG unit should generate pure and accurate sine-waveform with variable frequency between 1.5 kHz and 10 kHz. Respecting the programmability of the interface, it will be shown that a memory-based signal generator architecture is the only choice which supports the design objectives. As part of the ESG path, the detailed design of a 10-bit interpolating digital to analog converter (DAC) will also be presented in this work. The DAC is the core of a versatile sine-waveform generator unit designed for avionics SSI. High-speed sample rate will be used in this segmented current steering DAC in order to achieve a high Signal to Noise Ratio (SNR). In the module level design of the DAC, the impact of square and non-square implementation of the current source array (CSA) on the performance of the switching sequence is introduced. It will be shown that considering such impacts will lead to the design of more accurate DACs. An optimum switching sequence for the designed CSA size will be designed and introduced. In order to reduce the I/O pads of the chip, high-speed serial to parallel converter will be included in the DAC. Thus the input data can be serially sent to the input shift register and internally applied to the DAC core. The DAC was fabricated on 1.2 × 1.2 mm2 chip fabricated using IBM 0.13µm CMOS technology, operating with a supply voltage of 1.2 V. Sourcing a sine wave current with a peak of 1023 µA, the proposed DAC is able to achieve a SNR better than 84 dB in the Nyquist bandwidth of DC to 20 kHz

Study and monitoring of steam traps

Steam systems are designed with steam traps to remove condensation from the piping to protect plant equipment and allow the efficient operation of plant equipment and processes. When they fail, there is a significant impact. They cause physical damage to the equipment and greatly affect the cost of operations. The traditional method of checking those traps is to contact a third party to come in and do manual audits. Those audits consist of using ultrasonic level and temperature of the steam trap to make a determination on the condition of the traps. This method has drawbacks in that it only looks at a snapshot of the operation and therefore cannot be a good predictor of trap condition. The problem that exists at this moment is that there are no systems available that can autonomously monitor the steam trap eliminating the need of a third party. This will save the plant lots of money and will be cost effective. With the advent of low power programmable system on chips, it is now possible to monitor the health of steam traps in a cost effective and efficient manner. The objective of this project is to develop an algorithm or a system that can monitor these steam traps and detect faults in them thus eliminating the requirement of a third party and reducing a plants operational cost.Els sistemes de vapor estan dissenyats amb trampes de vapor per eliminar la condensació de les canonades per protegir els equips de la planta i permeten un funcionament eficient dels equips i processos de la planta. Quan fracassen, hi ha un impacte significatiu. Causen danys físics a l'equip i afecten molt el cost de les operacions. El mètode tradicional de comprovació d'aquestes trampes és contactar amb un tercer per venir i fer auditories manuals. Aquestes auditories consisteixen a utilitzar el nivell i la temperatura d'ultrasons de la trampa de vapor per determinar una condició de les trampes. Aquest mètode té inconvenients en tant que només mira una captura de pantalla de l'operació i, per tant, no pot ser un bon pronòstic de l'estat del parany. El problema que hi ha en aquest moment és que no hi ha sistemes disponibles que puguin supervisar de forma autònoma la trampa de vapor eliminant la necessitat d'un tercer. Això estalviarà molts diners a la planta i serà rendible. Amb l'arribada d'un sistema programable de baixa potència en xips, ara és possible supervisar la salut de les trampes de vapor d'una manera efectiva i rendible. L'objectiu d'aquest projecte és desenvolupar un algorisme o un sistema que pugui supervisar aquestes trampes de vapor i detectar falles en elles eliminant així el requisit d'un tercer i reduint el cost operatiu de les plantes.Los sistemas de vapor están diseñados con trampas de vapor para eliminar la condensación de las tuberías para proteger los equipos de la planta y permitir la operación eficiente de los equipos y procesos de la planta. Cuando fallan, hay un impacto significativo. Causan daños físicos al equipo y afectan en gran medida el costo de las operaciones. El método tradicional de verificar esas trampas es contactar a un tercero para que ingrese y realice auditorías manuales. Esas auditorías consisten en utilizar el nivel ultrasónico y la temperatura de la trampa de vapor para determinar la condición de las trampas. Este método tiene inconvenientes ya que solo mira una instantánea de la operación y, por lo tanto, no puede ser un buen predictor de la condición de la trampa. El problema que existe en este momento es que no hay sistemas disponibles que puedan monitorear de manera autónoma la trampa de vapor eliminando la necesidad de un tercero. Esto ahorrará mucho dinero a la planta y será rentable. Con el advenimiento del sistema programable de baja potencia en chips, ahora es posible monitorear la salud de las trampas de vapor de una manera rentable y eficiente. El objetivo de este proyecto es desarrollar un algoritmo o un sistema que pueda monitorear estas trampas de vapor y detectar fallas en ellas, eliminando así el requisito de un tercero y reduciendo el costo operativo de las plantas

NASA Tech Briefs, August 1993

Topics include: Computer Graphics; Electronic Components and Circuits; Electronic Systems; Physical Sciences; Materials; Computer Programs; Mechanics; Machinery; Fabrication Technology; Mathematics and Information Sciences; Life Sciences; Books and Reports

Acquisition de données à haute résolution et faible latence dédiée aux capteurs avioniques de position

RÉSUMÉ Le réseau de communication et les mécanismes de détection sont des systèmes critiques dans un avion. Leurs performances ont un impact direct sur celles de l‟aéronef. Cela suscite l‟intérêt des concepteurs avioniques qui s‟investissent de plus en plus dans le développement de ces éléments. Dans le cadre d‟un projet couvrant ce domaine, nous proposons la conception et le développement d‟une interface générique pour les capteurs de position dédiés aux avions (Smart Sensor Interface - SSI). Cette interface permet de connecter les capteurs de position de différentes technologies (Électromagnétique, Microelectromechanical System (MEMS) et optique) au nouveau réseau de communication AFDX (Avionics Full DupleX). Son rôle consiste à générer un signal d‟excitation approprié pour certains types de capteurs (Variable Differential Transformer VDT) et à acquérir, démoduler et numériser leurs signaux de sortie. Ainsi, l‟interface présentée est composée d‟un Chemin d‟Acquisition des Données (CAD) et d‟un générateur de signaux d‟excitation (GSE). En adoptant une architecture modulaire (Integrated Modular Avionics, IMA), nous pouvons minimiser les dimensions de l‟interface utilisée actuellement, réduire sa consommation d‟énergie et améliorer sa fiabilité et ses performances. On s'intéresse dans ce mémoire en particulier au Chemin d'Acquisition des Données (CAD). Une architecture à haute résolution (14 bits) et de faible latence (1.2 ms) de ce module y est proposée et réalisée. Cette architecture a été élaborée suite à une étude des solutions déjà existantes dans la littérature de même qu‟une analyse des problèmes actuellement présente dans la conception et la réalisation de ce Chemin d'Acquisition des Données (CAD). La conversion du signal analogique reçu du capteur en un signal numérique est l‟étape la plus importante dans l‟acquisition des données puisqu‟elle définit la résolution des informations acquises tout en engendrant la majeure partie de la latence. Ce module peut aussi affecter la fiabilité et la stabilité du système. Parmi différents modèles (différentes architectures), le choix d‟un convertisseur analogique-numérique (CAN) de type ΣΔ est privilégié pour cette application (meilleure résolution et plus simple à intégrer que les autres CAN concurents). Il est formé par un circuit analogique (modulateur) suivi par des filtres numériques. La complexité de l‟implémentation, le délai de traitement de même que la résolution à la sortie sont susceptibles au changement selon l'architecture de ces filtres.----------ABSTRACT The communication network and the detection mechanisms are two critical systems in a plane. Their performance has a direct impact on aircrafts. This is of particular interest for avionics designers, who have increasingly invested more and more in the development of these elements. As a part of a project in this domain, we introduce the design and the development of a smart interface for position sensors dedicated to flights (Smart Sensor Interface - SSI). This interface will serve to connect sensors of different technologies (electromagnetic, optical and MEMS) to the new communication network, AFDX. The role of this interface is to generate an appropriate excitation signal for certain types of sensors (R/LVDT), and to treat, demodulate, and digitize their output signals. The proposed interface is thus composed of a Signal Acquisition Path (SAP) and an Excitation Signal Generation (ESG). By adopting the Integrated Modular Avionics architecture (IMA), we can minimize the size of the classic interface, reduce its energy consumption and improve its reliability and its performance. The focus of our design is particularly on the Data Acquisition Path (DAP). An Architecture characterized by a high resolution (14 bits) and a low latency (1.2 ms) of this module is introduced and developed in this prestigious work. This architecture was developed after a well-conducted study of existing solutions found in literature work and a detailed analysis of the problems arise in the design and implementation of this system (DAP). The conversion of the sensor signal into a digital signal is the most important step in acquiring data, as it sets the resolution of the acquired information and generates the majority of its latency. This module can also affect the reliability and stability of the system. Among different models and architectures, the Delta-Sigma analog-to-digital converter (ADC) is preferred for this application (for better resolution). This converter is formed by an analog circuit (modulator) followed by digital filters. The complexity of the implementation, the processing delay and the output resolution are all susceptible to change depending on the architecture of these filters. Thus, the main problem while designing such a system arises in the opposing evolution of the resolution and latency parameters; the improvement or evolution of one, results in the destruction of the other. Therefore, our work aims to provide one or more method to optimize the latency caused by the CAN while maintaining the same resolution of the desired data (14 bits)

Measurements, Models, Systems and Design

531 s.

Topical Workshop on Electronics for Particle Physics

The purpose of the workshop was to present results and original concepts for electronics research and development relevant to particle physics experiments as well as accelerator and beam instrumentation at future facilities; to review the status of electronics for the LHC experiments; to identify and encourage common efforts for the development of electronics; and to promote information exchange and collaboration in the relevant engineering and physics communities

NASA Tech Briefs, November 1994

Topics: Advanced Manufacturing; Electronic Components and Circuits; Electronic Systems; Physical Sciences; Materials; Computer Programs; Mechanics; Machinery/Automation; Manufacturing/Fabrication; Mathematics and Information Sciences; Life Sciences; Books and Reports

Mu2e Technical Design Report

The Mu2e experiment at Fermilab will search for charged lepton flavor violation via the coherent conversion process mu- N --> e- N with a sensitivity approximately four orders of magnitude better than the current world's best limits for this process. The experiment's sensitivity offers discovery potential over a wide array of new physics models and probes mass scales well beyond the reach of the LHC. We describe herein the preliminary design of the proposed Mu2e experiment. This document was created in partial fulfillment of the requirements necessary to obtain DOE CD-2 approval.Comment: compressed file, 888 pages, 621 figures, 126 tables; full resolution available at http://mu2e.fnal.gov; corrected typo in background summary, Table 3.