CN102798826B - 航天器磁力矩器测量线圈及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器磁力矩器测量线圈，其包括线圈骨架、线圈绕组以及接线柱，线圈骨架包括两片形状对称的平行相对的耐高低温材料板，每片板上部的形状为大半个圆形，圆形下部通过过渡圆弧形成长矩形形状，两片板之间连接设置有圆柱体，两片板与圆柱体沿着共同的圆心轴穿设有通孔，通孔的内径略大于待测量磁力矩器的外径，线圈绕组沿着线圈骨架两片板之间圆柱体的外径绕制，接线柱固定在线圈骨架两片板下部矩形的两侧，线圈绕组的两端连接到接线柱上。本发明也公开了利用该线圈的测量方法。与现有技术相比，该方法测量速度快，测量步骤简单，易操作，且易于进行自动化测试，依据该方法较容易研制自动化测试设备。

Description

航天器磁力矩器测量线圈及测量方法

技术领域

本发明属于航天器磁力矩器的磁性测量领域，具体涉及一种高低温变化环境下的磁力矩器磁矩测量方法。

背景技术

磁力矩器是航天器制导、导航和控制分系统的执行部件，它通过自身的磁矩和环境磁场相互作用而产生力矩，适用于对航天器进行姿态控制和角动量控制，以及减少环境力矩引起的姿态漂移，一般用于低轨道卫星。一旦磁力矩器由于工作环境恶劣而发生故障，将导致整个卫星寿命的缩短。因此，磁力矩器的可靠性和寿命将直接关系到卫星的寿命及可靠性。而空间的高低温变化环境，会对磁力矩器的工作性能产生影响，因此必须通过在空间环境模拟设备中进行试验，来对这些变化进行评估。

目前通常采用赤道作图法对磁力矩器的磁矩进行测试，试验过程如下：将被测磁力矩器放置在转动平台的中心，在试件的赤道平面内，放置三台或四台三分量磁场探测计，且离开转动平台中心一定的距离，被测磁力矩器绕垂直轴旋转360°，每隔一定角度测量一次磁场值，一般选取每10°测量一次，这样得到一系列磁场和角度的测量值，再通过公式计算反演出磁矩值。整个测试过程在常温常压下进行，且转台的操作由人工完成。磁力矩器高低温试验需要在空间环境模拟设备中进行，而空间环境模拟设备尺寸有限，且内部需要经历高低温等环境的变化，所以赤道作图法无法实现磁力矩器在空间环境模拟设备中的磁矩测试，这就迫切地需要采用新的测试方法来对高低温试验过程中的磁力矩器的磁矩进行实时测试，以完成对高低温变化环境下的磁力矩器的工作性能的监控。现有技术(耿晓磊等，航天器环境工程，第28卷，第5期，2011年10月)中还公开了一种磁力矩器在高低温变化环境下工作磁矩实时测量方法，该方法简单的描述了可以通过测量套在磁力矩器上的线圈的磁通量来反演磁力矩器的磁矩。

但是，该文献公开的测量方法只是给了一个概括性的说明，并未涉及到详细的测量方法。且该文献公开的测量方法中使用了测试线圈，但并未公开其具体的结构，在实际测量过程中由于无法得知测试线圈的结构而无法进行磁力矩器工作磁矩的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器磁力矩器测量线圈，该测量线圈能够实现现有的磁力矩器的测量方法并提高测量的精度。

此外，本发明的再一目的是提供一种利用该测量线圈测量航天器磁力矩器的方法，该方法测量误差小，测量速度快。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种航天器磁力矩器测量线圈，其包括线圈骨架、线圈绕组以及接线柱，线圈骨架包括两片形状对称的平行相对的耐高低温材料板，每片板上部的形状为大半个圆形，圆形下部通过过渡圆弧形成长矩形形状，两片板之间连接设置有圆柱体，圆柱体的圆心轴与两片板的大半个圆形的圆形轴相一致且圆柱体的外径小于圆形的直径以在两片板之间形成绕制测量线圈的空间，上述两片板与圆柱体沿着共同的圆心轴穿设有通孔，通孔的内径略大于待测量磁力矩器的外径，线圈绕组沿着线圈骨架两片板之间圆柱体的外径绕制，线圈的匝数可随磁力矩器的磁矩大小的不同而进行调整，接线柱固定在线圈骨架两片板下部矩形的两侧，线圈绕组的两端连接到接线柱上。

优选地，所述耐高低温材料为环氧树脂。

优选地，接线柱通过耐高温胶粘合在两片板上。

一种利用上述测量线圈测量航天器磁力矩器磁矩的方法，主要包括以下步骤：

第一步，在常温下用常规的磁矩测量方法测量磁力矩器的磁矩，并记录下工作电流；

第二步，将磁力矩器放置在高低温试验容器中，保持常温状态，将所述测试线圈固定在磁力矩器侧的固定位置上，对磁力矩器加载第一步中记录的工作电流，记录相应的磁通计读数，并计算磁力矩器的工作磁矩与测量的磁通值的比值；

第三步，使高低温试验容器运行工作，在某一设定温度持续一段时间，待温度测量值恒定时记录其测量温度值；

第四步，将磁力矩器断电并且使磁通计读数置零，然后再给磁力矩器加载第一步骤中记录的工作电流，记录此时磁通计的读数，将读数乘以第二步中记录的磁矩磁通的比值即为此温度值下的磁力矩器工作磁矩；

第五步，重新按照步骤三，依次测量磁力矩器在不同温度下的磁矩。

其中，常规的磁矩测量方法包括赤道作图法和偶极子法。

其中，磁通计可以替换为伏秒计。

其中，磁通计的量程与测试线圈产生的磁通大小相适应。

其中，所述固定位置紧邻磁力矩器的安装耳片。

本发明与现有技术相比的优点在于：

可以测量高低温变化环境下的磁力矩器的工作磁矩，不再局限于在常温下进行测试；

由于测试的是磁通量的变化，不受地磁场的干扰，因此该测试方法精度高，抗干扰能力强；

该方法测量速度快，测量步骤简单，易操作；

该方法易于进行自动化测试，依据该方法较容易研制自动化测试设备。

附图说明

图1是本发明的航天器磁力矩器的测试线圈结构示意图。

其中，1为线圈骨架，2为接线柱，3为绕制线圈。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

如图1所示，本发明的航天器磁力矩器的测试线圈，包括一种航天器磁力矩器测量线圈，其包括线圈骨架、线圈绕组以及接线柱，线圈骨架包括两片形状对称的平行相对的耐高温材料环氧树脂板，每片板上部的形状为大半个圆形，圆形下部通过过渡圆弧形成长矩形形状，两片板之间连接设置有圆柱体，圆柱体的圆心轴与两片板的大半个圆形的圆形轴相一致且圆柱体的外径小于圆形的直径以在两片板之间形成绕制测量线圈的空间，上述两片板与圆柱体沿着共同的圆心轴穿设有通孔，通孔的内径略大于待测量磁力矩器的外径，线圈绕组沿着线圈骨架两片板之间圆柱体的外径绕制，线圈的匝数可随磁力矩器的磁矩大小的不同而进行调整，接线柱通过耐高温胶粘合固定在线圈骨架两片板下部矩形的两侧，线圈绕组的两端连接到接线柱上。

利用上述航天器磁力矩器的测试线圈对航天器磁力矩器磁矩进行测量，测量方法具体包括：

第一步，在常温下，让磁力矩器在某一恒定电流下工作，利用常规的赤道作图法测量磁力矩器的磁矩，记录下磁力矩器的工作磁矩及此时的工作电流；

第二步，将磁力矩器放置在高低温试验容器中，保持常温状态，将磁力矩器的上述测试线圈安装在磁力矩器的固定位置上，一般应紧邻磁力矩器的耳片，将测试线圈的接线柱通过导线连接到磁通计，在磁力矩器表面粘贴温度传感器，磁力矩器的电连接器与电源输出端子对应接好；

第三步，使磁通计读数置零，对磁力矩器加载第一步中记录的工作电流，待电流值稳定后，记录此时的磁通计读数；

第四步，计算磁力矩器的工作磁矩与测量的磁通值的比值，记为k；

第五步，使高低温试验容器运行工作，在某一设定温度下持续一段时间，待上述温度传感器的温度测量值恒定时，记录其测量温度值；

第六步，将磁力矩器断电，然后使磁通计读数置零；

第七步，给磁力矩器加载第一步骤中记录的工作电流，记录此时磁通计的读数Φ；

第八步，计算在此时测量温度值时的磁力矩器工作磁矩M＝k×Φ；

第九步，改变高低温试验容器中的设定温度，重复第五步-第八步的步骤进行；

第十步，当测试完所有温度条件下的磁矩值后，试验结束。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种航天器磁力矩器测量线圈，其包括线圈骨架、线圈绕组以及接线柱,线圈骨架包括两片形状对称的平行相对的耐高低温材料板,每片板上部的形状为大半个圆形,圆形下部通过过渡圆弧形成长矩形形状,两片板之间连接设置有圆柱体,圆柱体的圆心轴与两片板的大半个圆形的圆心轴相一致且圆柱体的外径小于圆形的直径以在两片板之间形成绕制线圈绕组的空间,上述两片板与圆柱体沿着共同的圆心轴穿设有通孔,通孔的内径略大于待测量磁力矩器的外径，线圈绕组沿着线圈骨架两片板之间圆柱体的外径绕制，线圈绕组的匝数可随磁力矩器的磁矩大小的不同而进行调整，接线柱固定在线圈骨架两片板下部矩形的两侧，线圈绕组的两端连接到接线柱上。

2.如权利要求1所述的航天器磁力矩器测量线圈，其中，所述耐高低温材料为环氧树脂。

3.如权利要求1或2所述的航天器磁力矩器测量线圈，其中，接线柱通过耐高温胶粘合在两片板上。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述测量线圈测量航天器磁力矩器磁矩的方法，主要包括以下步骤：

第一步，在常温下用常规的磁矩测量方法测量磁力矩器的磁矩，并记录下工作电流；

第二步，将磁力矩器放置在高低温试验容器中，保持常温状态，将所述测量线圈固定在磁力矩器侧的固定位置上，对磁力矩器加载第一步中记录的工作电流，记录相应的磁通计读数，并计算磁力矩器的工作磁矩与测量的磁通值的比值；

第三步，使高低温试验容器运行工作，在某一设定温度持续一段时间，待温度测量值恒定时记录其测量温度值；

第四步，将磁力矩器断电并且使磁通计读数置零，然后再给磁力矩器加载第一步骤中记录的工作电流，记录此时磁通计的读数，将读数乘以第二步中记录的磁矩磁通的比值即为此温度值下的磁力矩器工作磁矩；

第五步，重新按照步骤三、四，依次测量磁力矩器在不同温度下的磁矩。

5.如权利要求4所述的方法，其中，常规的磁矩测量方法包括赤道作图法和偶极子法。

6.如权利要求4所述的方法，其中，磁通计可以替换为伏秒计。

7.如权利要求4所述的方法，其中，磁通计的量程与测量线圈产生的磁通大小相适应。

8.如权利要求4-7任一项所述的方法，其中，所述固定位置紧邻磁力矩器的安装耳片。