[发明专利]一种小型便携式高精度扰动测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型便携式高精度扰动测量系统，可在多种环境下进行扰动力测试，应用范围广；由于测量精度高，可用于对航天器内部微小扰动载荷在六个自由度上的振动信号进行动态测量。

背景技术

目前的航天器大多都属于大型柔性展开式机构，且带有大量的光学元件，它们对指向精度和稳定度均提出了很高的要求。另外，在现代航天器姿态控制系统中，反作用轮、单框架力矩陀螺和太阳翼驱动机构等是其控制系统中的重要元件，它们在提供必要的控制动力的同时，也会引起一些有害振动(为简单起见，下面将上述三种系统统称为扰动源)。这些扰动主要由飞轮不平衡、轴承扰动、电机扰动、电机驱动误差等引起的，其中飞轮不平衡是导致飞轮振动的最主要原因，这些扰动力和扰动力矩会降低体太空中精密性仪器的性能指标，因此测量和分析航天器有效载荷扰动的动态特性，对于分析并消除扰动从而提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计有着非常重要的工程意义。

由于航天器扰动源的扰动很小，个别有效载荷如动量轮在空间三个方向只能产生几十毫牛顿甚至几毫牛顿的微弱扰动，要想在具有相对强烈干扰背景噪音的地面实验室中测量此类扰动十分困难，而其对应传感器的精度要求非常高。

目前，国内外尚未见有关此类微小振动测量系统的文献报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型便携式高精度扰动测量系统，测量并分析航天器运行过程中并且由于其小型便携的技术优势可在卫星太空工作中测量扰动源在空间六个自由度上的动态特性，为提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计提供可靠的测试数据。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小型便携式高精度扰动测量系统，包括上安装件、下安装件、连接螺栓、四个竖向压电传感器、四个横向压电传感器、四个横向定位挡板、四个横向压紧螺栓、四个竖向定位挡板、四个竖向压紧螺栓，数据采集和处理系统；上安装件与下安装件通过连接螺栓连接成一整体；四个竖向压电传感器沿竖立方向分别对称位于下安装件的上表面，四个竖向螺栓带动竖向定位挡板压紧四个竖向压电传感器，用于测量Z方向的振动力和X、Y方向的振动力矩；四个横向压电传感器沿着安装件的四个侧面安装在上安装件的内部水平方向上，且两两关于对角线对称安装，四个横向螺栓带动横向定位挡板压紧四个横向压电传感器；四个横向压电传感器的安装方向与Z轴呈空间垂直关系，用于测量X、Y方向的振动力和Z方向的振动力矩；四个竖向压电传感器和四个横向压电传感器的输出通过信号传输线与数据采集和处理系统相连；扰动源安装在上安装件的上表面，下安装件的下表面可通过加工不同尺寸的转接板与各种工作环境相连接；当扰动源产生振动时，四个竖向压电传感器和四个横向压电传感器产生电压信号，该电压信号通过数据采集和处理系统转化为三个微小振动力信号和三个微小振动力矩信号，以此为基础可以准确分析出扰动源的振动特性。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明通过8个普通压电传感器的合理布置，从而使得六个自由度的微扰动信号可以利用现有的单向压电力传感器来测量，克服了缺少高精度三向传感器的问题，使得测量精度大大提高。

(2)本发明测量装置和被测量试件分离，不需要在被测试件上安装附加设备和传感器，不影响被测试件的动态特性，不损伤被测试件结构，试验完毕后试件还可以正常使用。

(3)本发明通过合理调节螺栓的预紧力，实现了信号的放大并可以进行具有较大质量扰动源的实际运行条件下的精确测量，提高了测量的可靠性。

(4)本发明由于其自身小型便携的特点，扩大了使用范围，提高了测量系统的适应性。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为上安装件的结构示意图；

图3为下安装件的结构示意图。

具体实施方式