CN107957028B - 一种用于太阳敏感器的太阳模拟器 - Google Patents

一种用于太阳敏感器的太阳模拟器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，包括：安装支架，可拆卸地安装于太阳敏感器；姿态调整装置，设置在安装支架上；LED光源模块，设置在姿态调整装置上；以及控制系统，与姿态调整装置和LED光源模块电连接；其中，LED光源模块发出的光线与太阳敏感器的探头对准。本发明提供一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，以满足在地面对装星后的太阳敏感器进行现场测试。

Description

一种用于太阳敏感器的太阳模拟器
技术领域
本发明涉及空间科学测试仪器，尤其涉及一种基于LED光源的运动式太阳模拟器。
背景技术
太阳模拟器是一种在室内模拟外层空间太阳辐射特性的重要测试设备，除了用于对卫星及其部件进行空间环节模拟，如航天器热平衡试验或太阳辐射干扰试验；另外还主要用于对卫星上的姿态控制部件—太阳敏感器在地面进行模拟试验与标定。一般情况下多采用氙灯太阳模拟器为太阳敏感器测试提供测试所需的太阳辐射信号。该测试系统过于庞大复杂、移动困难，不能够满足对装星后的太阳敏感器进行现场测试的需要。
另外氙灯存在发光效率低、稳定性差、释放有毒气体等不足，严重制约了太阳模拟器性能提高和推广应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，以满足在地面对装星后的太阳敏感器进行现场测试。
本发明提供一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，包括：安装支架，可拆卸地安装于太阳敏感器；姿态调整装置，设置在安装支架上；LED光源模块，设置在姿态调整装置上；以及控制系统，与姿态调整装置和LED光源模块电连接；其中，LED光源模块发出的光线与太阳敏感器的探头对准。
根据本发明，安装支架构造成围绕太阳敏感器的探头设置的环形框架，安装支架具有套接在太阳敏感器的主体上的安装接口。
根据本发明，姿态调整装置包括超声马达和双曲柄机构，超声马达固定至安装支架，双曲柄机构铰接至安装支架，双曲柄机构的一端与超声马达的动力输出端以传递扭矩的方式连接，LED光源模块设置在双曲柄机构上。
根据本发明，双曲柄机构包括原动曲柄、从动曲柄和连杆；原动曲柄和从动曲柄相互平行地延伸；原动曲柄的下端连接至超声马达的动力输出端，上端连接至LED光源模块；从动曲柄的下端通过铰链连接至安装支架，上端连接至LED光源模块；连杆的两端分别铰接至原动曲柄的中部和从动曲柄的中部。
根据本发明，LED光源模块包括第一LED光源和第二LED光源，第一LED光源安装至原动力曲柄的上端，第二LED光源安装至从动曲柄的上端，第一LED光源发出的光线与第二LED光源发出的光线平行。
根据本发明，太阳敏感器包括主用探头和备用探头，第一LED光源发出的光线照射主用探头，第二LED光源发出的光线照射备用探头。
根据本发明，第一LED光源包括基座、白光LED阵列、柱面镜、匀光板和光阑，基座包括相互垂直设置的后板和侧板，白光LED阵列设置在后板上，柱面镜、匀光板和光阑沿着白光LED阵列的光线传播方向依次设置在侧板上，光阑与太阳敏感器的主用探头对准。
根据本发明，柱面镜与白光LED阵列之间的距离分别大于柱面镜与匀光板之间的距离以及匀光板与光阑之间距离。
根据本发明，第二LED光源与第一LED光源的结构相同，第二LED光源的光阑与太阳敏感器的备用探头对准。
根据本发明，白光LED阵列包括单排排列设置在后板上的20颗高亮白光LED，20颗高亮白光LED的排列方向与光阑的通光孔的长度方向一致。
根据本发明，后板上设置有多个散热片，多个散热片与白光LED阵列热耦合。
根据本发明，在姿态调整装置的驱动下，LED光源模块发出的光线可在相对于竖直平面-13°至38°的范围旋转。
根据本发明，控制器包括恒流驱动器和超声马达驱动器，恒流驱动器与LED光源模块电连接并控制LED光源模块的亮度，超声马达驱动器与姿态调整装置电连接并通过超声马达控制双曲柄机构的往复角位移运动。
本发明的有效效果在于：
本发明的太阳模拟器通过简单的安装支架能够可拆卸地安装于太阳敏感器，而且其姿态调整装置和LED光源模块的结构也简单轻便，因而整个太阳模拟器的结构简单、小巧轻便，能够很方便地满足在地面对装星后的太阳敏感器进行现场测试。同时由于使用了LED光源模块，相比于现有普遍采用氙灯的太阳模拟器，绿色环保、易于控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的太阳模拟器的立体示意图。
图2为本发明实施例提供的双曲柄机构的立体示意图。
图3为本发明实施例提供的LED光源的立体示意图。
图4为本发明实施例提供的控制器的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，在一个实施例中，本发明提供一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，包括：安装支架1，可拆卸地安装于太阳敏感器5；姿态调整装置2，设置在安装支架1上；LED光源模块3，设置在姿态调整装置2上；以及控制系统4，与姿态调整装置2和LED光源模块3电连接；其中，LED光源模块3发出的光线对准太阳敏感器5的探头51、52。本发明的太阳模拟器通过简单的安装支架1能够可拆卸地安装于太阳敏感器5，而且其姿态调整装置2和LED光源模块3的结构也简单轻便，因而整个太阳模拟器的结构简单、小巧轻便，能够很方便地满足在地面对装星后的太阳敏感器5进行现场测试。同时由于使用了LED光源模块3，相比于现有普遍采用氙灯的太阳模拟器，绿色环保、易于控制。使用本发明的太阳模拟器可以提高对装星后编码式太阳敏感器5进行现场测试的灵活性、方便性和环保性。
继续参照图1，在一个实施例中，安装支架1构造成围绕太阳敏感器的探头51、52设置的环形框架，安装支架1具有套接在太阳敏感器的主体53上的安装接口11。安装支架1构造成环形框架能够使得太阳敏感器的探头51、52暴露在LED光源模块3光照之下，以完成太阳模拟器的测试目的。安装接口11与太阳敏感器的主体53的套接设置，能够使得太阳模拟器方便快捷地安装至太阳敏感器5。太阳敏感器5可以为编码式太阳敏感器。
继续参照图1，在一个实施例中，姿态调整装置2包括超声马达21和双曲柄机构22，超声马达21固定至安装支架1，双曲柄机构22铰接至安装支架1，双曲柄机构22的一端与超声马达21的动力输出端以传递扭矩的方式连接，LED光源模块3设置在双曲柄机构22上。具体而言，LED光源模块3可以用螺钉紧固于姿态调整装置2上。在姿态调整装置2的驱动下，LED光源模块3发出的光线可在相对于竖直平面-13°至38°的范围旋转。姿态调整装置2可以用于模拟-13°、0°、38°三组太阳方位角，为太阳敏感器5提供模拟太阳光矢量信号。
参照图1和图2，双曲柄机构包括原动曲柄221、从动曲柄222和连杆223；原动曲柄221和从动曲柄222相互平行地延伸；原动曲柄221的下端连接至超声马达21的动力输出端，上端连接至LED光源模块3；从动曲柄222的下端通过铰链12连接至安装支架1，上端连接至LED光源模块3；连杆223的两端分别铰接至原动曲柄221的中部和从动曲柄222的中部。原动曲柄211在超声马达21驱动下进行往复角运动，连杆223用于使原动曲柄221和从动曲柄222联动，摆动相同角度。
参照图1，在一个实施例中，LED光源模块3包括第一LED光源31和第二LED光源32，第一LED光源31安装至原动力曲柄221的上端，第二LED光源32安装至从动曲柄222的上端，第一LED光源31发出的光线与第二LED光源32发出的光线平行。太阳敏感器5包括主用探头51和备用探头52，第一LED光源31发出的光线照射主用探头51，第二LED光源32发出的光线照射备用探头52。
参照图3，在一个实施例中，第一LED光源31包括基座311、白光LED阵列312、柱面镜313、匀光板314和光阑315，基座311包括相互垂直设置的后板3111和侧板3112，白光LED阵列312设置在后板3111上，柱面镜313、匀光板314和光阑315沿着白光LED阵列312的光线传播方向依次设置在侧板3112上，光阑315与太阳敏感器的主用探头51对准。其中，白光LED阵列312用于输出模拟的太阳光，为太阳敏感器5的探头提供测试信号。柱面镜313用于对白光LED阵列312的光通量进行准直处理；匀光板314用于对白光LED阵列312的光通量进行匀化处理；光阑315与太阳敏感器5的探头51、52对准，用于限制输出辐照光斑的大小。基座311采用硬铝合金，用于安装白光LED阵列312、柱面镜313、匀光板314和光阑315等光学元件。柱面镜313与白光LED阵列312之间的距离分别大于柱面镜313与匀光板314之间的距离以及匀光板314与光阑315之间距离。白光LED阵列312包括单排排列设置在后板上的20颗高亮白光LED，20颗高亮白光LED的排列方向与光阑315的通光孔3151的长度方向一致，以使尽可能多的光线穿过光阑315，提高光源利用率。后板3111上设置有多个散热片3113，多个散热片3113与白光LED阵列312热耦合。也就是说，散热槽3113对白光LED阵列312阵列进行散热。
参照图3，在一个实施例中，第二LED光源32与第一LED光源31的结构相同，第二LED光源32的光阑315与太阳敏感器的备用探头52对准。
参照图4，在一个实施例中，控制器4包括恒流驱动器41和超声马达驱动器42，恒流驱动器41与LED光源模块3电连接并控制LED光源模块3的亮度，超声马达驱动器42与姿态调整装置2电连接并通过超声马达21控制双曲柄机构22的往复角位移运动。控制器4用于控制输出模拟太阳光信号的强弱和方向。具体而言，恒流驱动器41用于为LED光源模块3中的白光LED阵列312供电，并通过控制电流大小改变输出模拟太阳光信号的强弱。超声马达驱动器42用于为姿态调整装置2中的超声马达21供电，通过超声马达21的转动模拟LED光源模块3对于太阳敏感器5的主用探头51、备用探头52的-13°、0°、38°三组太阳方位角，实现以双路平行光照射太阳敏感器5的主用探头51、备用探头52，从而为太阳敏感器5的主用探头51、备用探头52提供相同的模拟太阳光矢量信号。
示例性地，本发明的太阳模拟器在应用时，首先将双曲柄机构22中的原动曲柄221与超声马达21的动力输出端通过平键连接，从动曲柄222与安装支架3通过12铰链连接，使双曲柄机构22可以在安装支架3上进行往复角位移运动。其后将第一LED光源31、第二LED光源32分别与双曲柄机构22中的原动曲柄221、从动曲柄222进行螺钉紧固安装。使第一LED光源31和第二LED光源32中的光阑315分别对准被测太阳敏感器5的主备用两个探头，实现以双路平行光照射主、备用探头。最后将控制器4分别连接于LED光源模块3以及姿态调整装置2中的超声马达21，对LED光源模块3和超声马达21进行供电，为太阳敏感器5提供模拟的太阳光信号和模拟的-13°、0°、38°三组太阳方位角的太阳光矢量信号，实现在卫星发射前对装星后的编码式太阳敏感器进行现场测试。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于太阳敏感器的太阳模拟器，其特征在于，包括：
安装支架，可拆卸地安装于所述太阳敏感器；
姿态调整装置，设置在所述安装支架上；
LED光源模块，设置在所述姿态调整装置上；以及
控制系统，与所述姿态调整装置和所述LED光源模块电连接；
其中，所述LED光源模块发出的光线与所述太阳敏感器的探头对准，所述安装支架构造成围绕所述太阳敏感器的所述探头设置的环形框架，所述安装支架具有套接在所述太阳敏感器的主体上的安装接口；
所述姿态调整装置包括超声马达和双曲柄机构，所述超声马达固定至所述安装支架，所述双曲柄机构铰接至所述安装支架，所述双曲柄机构的一端与所述超声马达的动力输出端以传递扭矩的方式连接，所述LED光源模块设置在所述双曲柄机构上；
所述双曲柄机构包括原动曲柄、从动曲柄和连杆；所述原动曲柄和所述从动曲柄相互平行地延伸；所述原动曲柄的下端连接至所述超声马达的动力输出端，上端连接至所述LED光源模块；所述从动曲柄的下端通过铰链连接至所述安装支架，上端连接至所述LED光源模块；所述连杆的两端分别铰接至所述原动曲柄的中部和从动曲柄的中部。
2.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，所述LED光源模块包括第一LED光源和第二LED光源，所述第一LED光源安装至所述原动曲柄的上端，所述第二LED光源安装至所述从动曲柄的上端，所述第一LED光源发出的光线与所述第二LED光源发出的光线平行。
3.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述太阳敏感器包括主用探头和备用探头，所述第一LED光源发出的光线照射所述主用探头，所述第二LED光源发出的光线照射所述备用探头。
4.根据权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第一LED光源包括基座、白光LED阵列、柱面镜、匀光板和光阑，所述基座包括相互垂直设置的后板和侧板，所述白光LED阵列设置在所述后板上，所述柱面镜、所述匀光板和所述光阑沿着所述白光LED阵列的光线传播方向依次设置在所述侧板上，所述光阑与所述太阳敏感器的主用探头对准。
5.根据权利要求4所述的太阳模拟器，其特征在于，所述柱面镜与所述白光LED阵列之间的距离分别大于所述柱面镜与所述匀光板之间的距离以及所述匀光板与所述光阑之间距离。
6.根据权利要求4或5所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第二LED光源与所述第一LED光源的结构相同，所述第二LED光源的光阑与所述太阳敏感器的备用探头对准。
7.根据权利要求4所述的太阳模拟器，其特征在于，所述白光LED阵列包括单排排列设置在所述后板上的20颗高亮白光LED，所述20颗高亮白光LED的排列方向与所述光阑的通光孔的长度方向一致。
8.根据权利要求4所述的太阳模拟器，其特征在于，所述后板上设置有多个散热片，所述多个散热片与所述白光LED阵列热耦合。
9.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，在所述姿态调整装置的驱动下，所述LED光源模块发出的光线可在相对于竖直平面-13°至38°的范围旋转。
10.根据权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，所述控制系统包括恒流驱动器和超声马达驱动器，所述恒流驱动器与所述LED光源模块电连接并控制所述LED光源模块的亮度，所述超声马达驱动器与所述姿态调整装置电连接并通过所述超声马达控制所述双曲柄机构的往复角位移运动。
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