[发明专利]高精度超低频六维力微振动测量系统

说明书

技术领域

本发明属于高精密测量系统技术领域，具体涉及一种高精度超低频六维力 微振动测量系统。

背景技术

在航天器姿态控制系统中，具有反作用轮、单框架力矩陀螺和太阳翼驱动 机构等重要元件，由于这些元件存在飞轮不平衡、轴承扰动、电机扰动、电机 驱动误差等，导致这些元件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，下面将这类元件统称为扰动源)。航天器内带有大量的光学元 件，它们对指向精度和稳定度均提出了很高的要求。这些扰动源的扰动力和扰 动力矩会降低航天器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。现有技术中，微小振动测量系统多 采用六到八个传感器，且一般为内部无空腔的形式，这类测量系统虽然能够测 量微小振动，但是测量精度低且扰动源安装界面不灵活。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中微小振动测量系统测量精度低及安装界面 不灵活的技术问题，提供一种高精度超低频六维力微振动测量系统。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

六维力微振动测量系统，包括箱体、负载盘、四个竖直压电传感器、六个 水平压电传感器、六个侧向定位板、信号装调装置和数据采集处理系统；

所述箱体由壳体和底座组成，所述壳体为底端开口的中空结构，壳体的顶 面设有第一中心通孔，所述底座固定在壳体的底端开口上；

所述负载盘由底盘和安装柱组成，所述底盘为正六边形，底盘上设有与第 一中心通孔同轴的第二中心通孔，所述安装柱为两端开口的柱状结构，安装柱 底端开口的边缘与第一中心通孔的边缘固定连接，安装柱顶端开口贯穿第一中 心通孔伸出箱体外且不与箱体接触；

所述四个竖直压电传感器沿底盘的圆周均布，每个竖直压电传感器沿Z向 设置，一端与壳体内部的顶面接触，另一端与底盘的顶面边缘接触，壳体、竖 直压电传感器和底盘之间过约束连接，竖直压电传感器用于测量Z向振动力、X 向振动力矩和Y向振动力矩；

所述六个水平压电传感器一端分别与底盘的六个侧面接触，另一端分别与 六个侧向定位板的侧面接触，底盘、水平压电传感器和侧向定位板之间过约束 连接，六个水平压电传感器设置在与Z向空间垂直的XOY平面内且沿圆周均布， 水平压电传感器用于测量X向振动力、Y向振动力和Z向振动力矩；

所述侧向定位板的顶端固定在壳体内部的顶面上；

所述信号装调装置与四个竖直压电传感器、六个水平压电传感器均连接， 信号装调装置接收四个竖直压电传感器和六个水平压电传感器的电荷信号并将 电荷信号转变为电压信号；

所述数据采集处理系统采集信号装调装置的电压信号，并对电压信号进行 空间六维力解耦，得到三个振动力信号和三个振动力矩信号。

进一步的，所述测量系统还包括扰动源，所述扰动源固定在安装柱内。

进一步的，所述数据采集处理系统能够根据三个振动力信号和三个振动力 矩信号分析扰动源的振动特性。

进一步的，十个压电传感器相同，每个压电传感器由绝缘外壳和两片压电 陶瓷组成，所述绝缘外壳的上下表面设有贯通的中心通孔，所述压电陶瓷设有 与绝缘外壳的通孔同轴的中心通孔，两片压电陶瓷同轴叠放，置于绝缘外壳内， 两片压电陶瓷的非接触面分别与绝缘外壳内部的上下表面接触。

进一步的，所述壳体、竖直压电传感器和底盘通过螺栓过约束连接，螺栓 贯穿绝缘外壳和压电陶瓷的中心通孔；更进一步的，所述中心对称的两个竖直 压电传感器对应的两个螺栓等力矩拧紧。

进一步的，所述底盘、水平压电传感器和侧向定位板通过螺栓过约束连接， 螺栓贯穿绝缘外壳和压电陶瓷的中心通孔；更进一步的，所述中心对称的两个 水平压电传感器对应的两个螺栓等力矩拧紧。

进一步的，所述壳体的侧面设有窗口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：