CN106226042A - 空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统及方法，涉及空间光学遥感技术领域，解决现有空间光学遥感器的结构由于采用金属材料，无法满足比刚度要求，采用碳纤维材料时无法确定其稳定性等问题，气浮平台安装在减振地基上，多窗口空间环境模拟设备和电控五维调整台安装在气浮平台的台面上，光学外差干涉测量仪安装在电控五维调整台上；数据处理与控制系统设置在气浮平台的外部，所述数据处理与控制系统通过数据线与多窗口空间环境模拟设备、电控五维调整台和光学外差干涉测量仪进行连接，本发明的多窗口空间环境模拟设备设有多个光学窗口，针对空间光学遥感器碳纤维结构的多处关键位置同时测试，实现空间光学遥感器碳纤维结构件的快速筛选。

Description

空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统及方法
技术领域
本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体涉及一种可用于空间光学遥感器碳纤维结构的综合性能实时自动测试系统。
实现空间光学遥感器纤维复合材料主支撑结构的环境试验和性能测试，可同时兼顾不同型号空间光学遥感器主支撑结构在空间模拟环境下的实时自动测试。
背景技术
碳纤维复合材料其密度低、比模量高、抗振性好等优点在卫星结构上已经有了广泛的研究与应用。伴随着空间光学遥感器技术的发展和需求，碳纤维复合材料结构逐步应用于空间光学遥感器结构中，尤其应用于支撑各光学元件的精密结构件。
目前，碳纤维复合材料结构开展的测试主要涉及线胀系数、弹性模量和屈曲强度等参数，且均为地面环境测试，无法反映碳纤维结构经历环境变化后的结构的稳定性。公开的文献只有《空间光学遥感器中碳纤维复合材料精密支撑构件的结构稳定性》开展了稳定性测试，测试内容为在地面环境下碳纤维结构经过振动试验的角度稳定性测试，无法完成空间环境下的稳定性测试，且稳定性测试缺少位移测量。
因此，空间光学遥感器若大量使用碳纤维复合材料，空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统对于保证空间光学遥感器装调、在轨安全运行，提高服役期间的可靠性及使用寿命具有极其重要的意义。
发明内容
本发明为解决现有空间光学遥感器的结构由于采用金属材料，无法满足比刚度要求，采用碳纤维材料时无法确定其稳定性等问题，提供一种空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统及方法。
空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统，包括气浮平台、电控五维调整台、多窗口空间环境模拟设备、光学外差干涉测量仪和数据处理与控制系统；所述气浮平台安装在减振地基上，多窗口空间环境模拟设备和电控五维调整台安装在气浮平台的台面上，光学外差干涉测量仪安装在电控五维调整台上；所述数据处理与控制系统设置在气浮平台的外部，所述数据处理与控制系统通过数据线与多窗口空间环境模拟设备、电控五维调整台和光学外差干涉测量仪进行连接，实现实时对碳纤维结构稳定性的自动测试。
空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试方法，将平面测量镜A和平面测量镜B安装在被测碳纤维结构目标位置，所述光学外差干涉测量仪发出的测量信号经平面测量镜A和平面测量镜B反射回到光学外差干涉测量仪，数据处理与控制系统实时测量平面测量镜A的角度变化θ、平面测量镜B的角度变化β以及平面测量镜A和平面测量镜B之间的位移变化ΔL，θ-β的值为空间光学遥感器碳纤维结构目标位置的角度相对变化量，所述ΔL值为被测碳纤维结构目标位置的位移相对变化量；根据获得的被测碳纤维结构目标位置的角度变化量和位移变化量，实现对碳纤维结构稳定性的测试。
本发明的有益效果：
一、本发明所述的自动测试系统，为空间光学遥感器的碳纤维复合材料结构的研制提供测试试验条件，并具备快速筛选碳纤维结构的能力，彻底杜绝碳纤维结构件的隐患。
二、本发明采用光学外差干涉测量仪和多窗口空间环境模拟设备，测量空间光学遥感器碳纤维复合材料结构关键位置，在空间环境和地面环境的位移变化情况，为空间光学遥感器地面装调和在轨调焦提供可靠数据；可快速地检测空间光学遥感器在地面环境和空间环境下各反射镜间的夹角变化，验证结构稳定性；
三、本发明采用多窗口空间环境模拟设备，可以模拟空间光学遥感器在轨温度环境变化，测量碳纤维材料的质量损失，避免光学镜面受到污染；
四、本发明采用多窗口空间环境模拟设备，设有多个光学窗口，可针对空间光学遥感器碳纤维结构件多处关键位置同时测试，实现空间光学遥感器碳纤维结构件的快速筛选，缩短测试时间和研制周期；
五、本发明采用气浮平台隔离外界环境等对测量结果的影响，保证测量结果的真实性和有效性。
附图说明
图1为本发明所述的空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统结构示意图。
图中：1、气浮平台，2、电控五维调整台，3、测角系统，4、多窗口空间环境模拟设备，5、光学外差干涉测量仪，6、数据处理与控制系统，7、平面测量镜A，8、平面测量镜B，9、Ⅰ目标位置，10、Ⅱ目标位置。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统，包括多窗口空间环境模拟设备4、光学外差干涉测量仪5、电控五维调整台2、气浮平台1和数据处理与控制系统6；高精度气浮平台1安装在减振地基上，其谐振频率远低于测试设备的基频和采样频率,隔离外界振动对测量结果的影响；多窗口空间环境模拟设备4和电控五维调整台2安装在气浮平台1台面上；外差干涉测量仪安装在电控五维调整台2上；空间光学遥感器碳纤维结构安装在多窗口空间环境模拟设备4内部；数据处理与控制系统6布置在气浮平台1外部，通过数据线与多窗口空间环境模拟设备4、电控五维调整台2和外差干涉测量仪进行连接，实现实时对碳纤维结构稳定性的自动测试。
本实施方式所述的多窗口空间环境模拟设备4为圆筒状，设置有光学窗口组件，分布在筒壁上，集热真空、热光学及热循环试验多项功能于一身，为被测碳纤维目标提供空间环境试验条件。电控五维调整台2可实现三维平移运动和二维旋转运动，电控五维调整台2具有较好的刚性和稳定性，不影响测量结果。
本实施方式还包括测角系统3、安装在电控五维调整台2台面上，调整测角系统3指向被测目标。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统的方法，该方法由以下过程实现：
将平面测量镜A和平面测量镜B安装在被测碳纤维结构目标位置，所述光学外差干涉测量仪5发出的测量信号经平面测量镜A和平面测量镜B反射回到光学外差干涉测量仪5，数据处理与控制系统6实时测量平面测量镜A的角度变化θ、平面测量镜B的角度变化β以及平面测量镜A和平面测量镜B之间的位移变化ΔL，θ-β的值为被测碳纤维结构目标位置的角度相对变化量，所述ΔL值为被测碳纤维结构目标位置的位移相对变化量；根据获得的被测碳纤维结构目标位置的角度变化量和位移变化量，实现对碳纤维结构稳定性的测试。
本实施方式中所述的平面测量镜A和平面测量镜B的型号为10728A。
本实施方式中，被测碳纤维结构目标位置的角度变化量可以采用测角系统3测量实现：具体过程为：
平面测量镜A7和平面测量镜B 8安装在被测碳纤维结构的I目标位置9上；测试过程中，平面测量镜A 7反射镜和平面测量镜B 8返回的十字像同时处于测角系统3的视场内，数据处理与控制系统6实时测量平面测量镜A 7的角度θ和平面测量镜B 8的角度β，其中(θ-β)值是被测碳纤维结构的I目标位置9上测量平面测量镜A7和平面测量镜B 8的角度变化量，表征被测I目标位置9的稳定性。
采用光学外差干涉测量仪5代替测角系统3，被测碳纤维结构的Ⅰ目标位置9和Ⅱ目标位置10分别安装平面测量镜A 7和平面测量镜B 8，采用差分双频激光干涉仪的方法来测量平面测量镜A 7和平面测量镜B 8相对位移变化量ΔL，进而表征Ⅰ目标位置9和Ⅱ目标位置10的稳定性。
本实施方式中采用光学外差干涉测量仪5测量过程中也可以获得平面测量镜A 7和平面测量镜B 8的角度变化量。
本实施方式所述的数据处理与控制系统6发出控制信号，控制电控五维调整台2的运动，并采集测角系统3和光学外差干涉测量仪5的测量数据；完成电源的多功能控制，包括记录、采集和显示温度数据、电源参数等。

Claims (7)

1.空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统，包括气浮平台(1)、电控五维调整台(2)、多窗口空间环境模拟设备(4)、光学外差干涉测量仪(5)和数据处理与控制系统(6)；其特征是；
所述气浮平台(1)安装在减振地基上，多窗口空间环境模拟设备(4)和电控五维调整台(2)安装在气浮平台(1)的台面上，光学外差干涉测量仪安装在电控五维调整台(2)上；所述数据处理与控制系统(6)设置在气浮平台(1)的外部，所述数据处理与控制系统(6)通过数据线与多窗口空间环境模拟设备(4)、电控五维调整台(2)和光学外差干涉测量仪(5)进行连接，实现实时对碳纤维结构稳定性的自动测试。
2.根据权利要求1所述的空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统，其特征在于，所述多窗口空间环境模拟设备(4)为圆筒状。
3.根据权利要求1所述的空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统，其特征在于，还包括测角系统(3)，测角系统(3)安装在电控五维调整台(2)上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的空间光学遥感器碳纤维结构稳定性的自动测试系统的方法，其特征是，该方法的实现过程为：
将空间光学遥感器碳纤维结构安装在多窗口空间环境模拟设备(4)内部；将平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)安装在被测碳纤维结构目标位置，所述光学外差干涉测量仪(5)发出的测量信号经平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)反射回到光学外差干涉测量仪(5)，数据处理与控制系统(6)实时测量平面测量镜A(7)的角度变化θ、平面测量镜B(8)的角度变化β以及平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)之间的位移变化ΔL，θ-β的值为被测碳纤维结构目标位置的角度相对变化量，所述ΔL值为被测碳纤维结构目标位置的位移相对变化量；根据获得的空间光学遥感器碳纤维结构目标位置的角度变化量和位移变化量，实现对碳纤维结构稳定性的测试。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)的角度变化量采用测角系统(3)测量实现。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用测角系统(3)测量平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)的角度变化量的具体过程为：
将平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)安装在被测碳纤维结构的I目标位置(9)上；测试过程中，平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)返回的十字像同时处于测角系统(3)的视场内，数据处理与控制系统(6)实时测量平面测量镜A(7)的角度θ和平面测量镜B(8)的角度β，θ-β值是被测碳纤维结构的I目标位置(9)上测量平面测量镜A(7)和平面测量镜B(8)的角度变化量，即获得被测碳纤维结构I目标位置(9)的稳定性。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多窗口空间环境模拟设备(4)为圆筒状。
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