CN108132116A - 一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置及其测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于卸载力测量领域，具体公开了一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置，包括压力传感器、弹性元件、安装座和压力测量显示仪器；压力传感器下端连接弹性元件，弹性元件设置在安装座上；压力传感器还连接压力测量显示仪器。本发明测量装置压力传感器下端弹性元件，弹性元件设置在安装座上，弹性元件能够在被测件下压传感器时，缓冲被测件对传感器的压力，减小卸载力极值；防止测量时引起被测件的变形，保护航天器的天线。

Description

一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置及其测量系统

技术领域

本发明属于卸载力测量领域，具体为一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置及其测量系统。

背景技术

航天器天线在轨工作阶段，在空间热载荷作用下，反射器的型面会产生响应的变形即热变形，而热变形是影响天线射频性能的重要因素之一，尤其对于热变形较为敏感的天线更是如此。为准确评价反射器在轨热变形对天线射频性能的影响，需要对反射器进行热变形测试，进而采取相应的措施降低天线在轨射频性能因热变形而发生恶化的风险。

航天器天线在轨工作阶段属于无重力状态，而在地面研制阶段进行的热变形测试通常存在重力环境的影响，为了进一步模拟零重力状态，需要对天线进行地面卸载，而卸载力的大小的控制及实时监测成为整个试验的关键。

现有的测量装置测量时测量装置与被测件之间的卸载力极值大，会使被测件产生变形，因卸载力产生的变形会影响航天器天线的热变形测量和研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置及其测量系统，减小测量极值，保护被测天线。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，包括压力传感器、弹性元件、安装座和压力测量显示仪器；压力传感器下端连接弹性元件，弹性元件设置在安装座上；压力传感器还连接压力测量显示仪器。

所述安装座的上方设置有套筒，套筒内设置有沿套筒轴向滑动的传感器连接件，传感器连接件设置在压力传感器与弹性元件之间。

所述传感器连接件设置为杆状，传感器连接件在套筒内运动中心轴线与传感器的受压中心轴线重合。

所述套筒的表面粗糙度小于Ra1.6。

所述弹性元件为弹簧。

所述压力传感器的上方连接有万向球连接件，万向球连接件上方连接有万向球。

所述压力传感器和万向球均通过螺纹与万向球连接件连接。

所述压力传感器与万向球连接件连接的第一中心轴线和万向球连接件与万向球连接的第二中心轴线同轴。

所述压力测量显示仪器设置有多个传感器接口；多个传感器接口用于分别连接对应的传感器。

一种测量系统，其特征在于，包括多个测量装置，多个所述测量装置的压力测量显示仪器的电源线依次串联连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明测量装置压力传感器下端弹性元件，弹性元件设置在安装座上，弹性元件能够在被测件下压传感器时，缓冲被测件对传感器的压力，减小卸载力极值；防止测量时引起被测件的变形，保护航天器的天线。

进一步地，，本发明的安装座的上方设置有套筒，套筒内设置有沿套筒轴向滑动的传感器连接件，传感器连接件设置在压力传感器与弹性元件之间；通过套筒和传感器连接件的设置，使得弹性元件缓冲压力传感器时有一个导向，保证了压力传感器与被测天线良好的接触，测量更准确。

进一步地，本发明的传感器连接件设置为杆状；杆状结构在套筒内滑动更加顺畅，能够更好地缓冲；传感器连接件在套筒内运动中心轴线与传感器的受压中心轴线重合；使得能够更好的缓冲传感器的受压。

进一步地，本发明的套筒的表面粗糙度小于Ra1.6，使得套筒的表面更光滑，滑动更加顺畅，缓冲效果更好。

进一步地，本发明的弹性元件为弹簧；用弹簧的变形进行缓冲，缓冲准确，快捷。

进一步地，本发明的压力传感器的上方连接有万向球连接件，万向球连接件上方连接有万向球。万向球能够通过滚动减小由于被测件与测量装置接触面之间摩擦力引起的压力变化，保证所测压力穿过传感器中心。

进一步地，本发明的压力传感器和万向球均通过螺纹与万向球连接件连接，螺纹使得两个被连接件连接稳定，方便。

进一步地，本发明的压力传感器与万向球连接件连接的第一中心轴线和万向球连接件与万向球连接的第二中心轴线同轴，保证了传感器测量到压力的准确。

进一步地，本发明的压力测量显示仪器设置有多个传感器接口；多个传感器接口用于分别连接对应的传感器，使得读取压力测量显示仪器的数据更加方便，快捷。

进一步地，本发明还公开了一种测量系统，包括多个测量装置，多个所述测量装置的压力测量显示仪器的电源线依次串联连接。一个测量装置受力后能够通过弹性元件的缓冲，使得多个测量装置共同承担被测件的卸载力，减小单个位置的卸载力极值进而减小被测件的变形；所述测量装置的压力测量显示仪器的电源线依次串联连接，使得电源线连接更方便。

附图说明

图1为本发明装置结构连接示意图；

图2为本发明装置爆炸结构示意图；

图3为本发明数据读取流程图；

图4为本发明装置测量航天器天线卸载力状态示意图；

图5为本发明测量系统测量航天器天线卸载力状态示意图；

图6为本发明压力测量显示仪器与多个传感器连接示意图；

图7为本发明测量系统线路连接示意图。

图中：1为万向球；2为万向球连接件；3为压力传感器；4为传感器连接件；5为弹性元件；6为安装座；7为传感器连接线；8为电源适配器；9为压力测量显示仪器；10为第一压力测量显示仪器；11为第二压力测量显示仪器；n为第n压力测量显示仪器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1-7，一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，包括压力传感器3、弹性元件5、安装座6和压力测量显示仪器9；压力传感器3下端连接弹性元件5，弹性元件设置在安装座6上；压力传感器3还连接压力测量显示仪器9。

所述安装座6的上方设置有套筒，套筒内设置有沿套筒轴向滑动的传感器连接件4，传感器连接件4设置在压力传感器3与弹性元件5之间。

所述传感器连接件4设置为杆状，传感器连接件4在套筒内运动中心轴线与传感器3的受压中心轴线重合。

所述套筒的表面粗糙度小于Ra1.6。

所述弹性元件5为弹簧。

所述压力传感器3的上方连接有万向球连接件2，万向球连接件2上方连接有万向球1。

所述压力传感器3和万向球1均通过螺纹与万向球连接件2连接。

所述压力传感器3与万向球连接件2连接的第一中心轴线和万向球连接件2与万向球1连接的第二中心轴线同轴。

所述压力测量显示仪器9设置有多个传感器接口；多个传感器接口用于分别连接对应的传感器3。

一种测量系统，其特征在于，包括多个测量装置，多个所述测量装置的压力测量显示仪器9的电源线依次串联连接。

所述传感器连接件4与压力传感器3螺纹连接；螺纹中心轴线与第一中心轴线以及第二中心轴线同轴。

所述压力测量显示仪器9包括数模转换器和MCU；数模转换器的输入端连接传感器输出端，数模转换器连接用于读取数模转换器信息的MCU。MCU再将转换后的压力信息发送到压力测量显示仪器9的显示器上。

本发明装置对航天器天线在不同位置同时受到的压力进行高精度的测量，同时能防止航天器天线在测量过程中由于受力不均产生较大形变。

在本发明压力测量系统的情况中，航天器天线的每根肋条都需要施加卸载力，以保证模拟失重时各个位置受力大致相同，在所有的肋条上都需要布置压力测量装置，所有的压力测量装置同时测量卸载力构成了整个压力测量系统。

在本发明的压力测量装置中，所述万向球1上方的球面与航天器天线的表面接触，在接触的过程中，如果被测平面在测量中产生了一定的位移，万向球的滚动会很大程度的减小由于航天器天线与测量装置接触面之间摩擦力引起的压力的改变，保证所测压力与压力传感器的垂直。

万向球连接件2用于固定万向球1与压力传感器3之间的相对位置，通过螺纹连接，安装方便可靠，万向球连接件2与固定压力传感器3的外螺纹，和万向球连接件2与万向球1固定的内螺纹中心轴在同一条直线上，这样可以将万向球1上所受的压力垂直的施加在压力传感器的一端。

该压力传感器3通过两端压力使压力传感器3产生形变，压力传感器3电桥因压力传感器形变改变阻值，会对输出产生电压差，压力传感器3输出端电压的差值通过精密放大器放大后将信号送入高精度ADC数模转换器中，MCU读取到ADC数值后，通过对最大、最小值和压力系数的计算，可以得到压力传感器所受压力的变化。

压力传感器3底部与传感器连接件4上方的螺柱连接，传感器连接件4的轴线与万向球连接件2的轴线处于同一直线上，保证压力传感器4测量的压力值为正压力值。

压力传感器3在套筒中可以滑动，套筒中有弹簧为压力传感器提供支撑力。当压力传感器受力时，弹簧5压缩形变，压力传感器3两端所受的力即为大小相等，方向相反的力，此时可以测量得到作用在万向球1上的正压力。

套筒内壁是光滑的，可以减小传感器连接件4在套筒内的摩擦，外侧有螺纹，方便将此压力测量装置安装在不同的测量位置处。

线束中的线分成三股，第一股为测量仪器盒的电源供电线，为母头，可以与电源适配器的插头相接，提供测量装置所需要的电源，第二股为测量仪器盒的电源输出线，为公头，可以在组成测量系统时为下一套系统供电，第三股为压力传感器的连接线，为压力传感器提供电压和获取电压信号。

在使用该测量系统时，多套压力测量装置无需配置多个电源适配器8，压力测量装置之间采用手挽手式的连接，只需要将第一套的电源供电线与电源适配器连接，第一套的电源输出线与第二套的电源供电线相连接即可为第二套供电，其余的压力测量装置同理。

根据本发明，整个测量系统在使用的过程中，航天器天线的不同位置所受到的卸载力不同，所以航天器天线在不同位置处的形变也会有较大变化。在卸载力最大的位置处，连接件下方的弹簧在施加卸载力的过程中被压缩，将航天器天线与压力测量装置之间没有位移的硬接触改为了连接杆滑动，弹簧伸缩的软接触，天线下降之后将此处的一部分力均衡到附近的其他位置，既能够保证天线的平衡，又减小了卸载力的极值。

压力测量装置的压力传感器及其安装部分的实例在如图2所示的爆炸图中进行了展示。所述的万向球1有上方的球头和下方的螺纹两部分，球头在万向球上凸起，可以在凹槽中滚动，该万向球1可以将下方螺纹拧入万向球连接件2，球头可以只承受轴向的力，径向的摩擦力等很小，可以忽略不计。

万向球连接件2的作用是连接万向球1和压力传感器3，压力传感器3测量的压力值为正压力，需要通过万向球连接件2来保持所受的力与压力传感器的方向垂直。万向球连接件的重量在测量的过程中始终未压力传感器所受压力的一部分，选择密度较小的材料可以避免万向球连接件的质量较大从而影响测量装置的量程，本实施例中选择硬铝来制造万向球连接件。

用于测量正压力的压力传感器3被安装在两个连接件的中间，压力压力传感器的作用是将施加在压力传感器两端的正压力转换为电压信号。在所示的实施例中，压力传感器3是应变式压力传感器，可以根据航天器天线的实际情况对压力传感器进行选择。

传感器连接件4通过顶部的螺柱与压力传感器底部的螺纹孔相连接，传感器连接件4的轴线与压力传感器的方向应保持垂直，在测量过程中，为保持测量的准确性，传感器连接件4与套筒之间的配合间隙应尽量小以减小连接杆在测量中的晃动导致的测量误差。传感器连接件4在在测量过程中会在套筒中滑动，在材料的选择上，选取摩擦力较小的材料来制造连接杆，综合考虑成本和其他因素，本实施例中选择不锈钢为连接杆材料。

安装座6可以安装在需要测量的位置处，安装座6可按照实际安装的需求进行设计，例如增加其他安装零件，本实施例中直接在套筒外壁上加工螺纹可以安装在螺纹孔中。

弹簧安装在安装座6内，可以在测量装置受到压力的时候，弹簧受力压缩，连接杆在套筒内滑动，产生的弹力支撑压力传感器3在竖直方向上受力。

图1示出了压力测量装置的一个实例，将线束7中的电源供电线与电源适配器的插头相接，提供测量装置所需要的电源，将测量仪器盒的信号线与压力传感器的插头对接，为压力传感器提供电压和获取压力传感器上的电压信号。

压力传感器3的电压信号与压力之间的对应关系是线性关系，但是其比例系数未知，在使用压力测量装置之前需要对压力压力传感器的电压信号与压力传感器所受的压力之间的比值压力系数进行标定。其标定的过程如下：

在压力传感器未受压力时，在测量电路中读出压力传感器中的电压信号值V₁，此时压力值为0N，在压力传感器上方放置砝码，在测量电路中读出压力压力传感器中的电压信号值V₂，此时压力值为砝码的重力G，压力系数

根据标定的压力系数即可在测量中使用，测量的计算过程如下：

在压力传感器安装好各种工装和连接件之后，在测量电路中读出压力压力传感器中的电压信号值V₁，此时对压力测量装置进行清零，即此时压力测量值规定为0N，在压力测量装置上施加正压力，在测量电路中读出压力压力传感器的电压信号值为V₂，此时施加的压力值为F＝K×(V₂-V₁)

图3示出本发明数据读取流程图，测量之前先对电路进行初始化，然后设置读取压力传感器的数值，此时检测压力传感器芯片读取是否准备就绪，若读取没有准备就绪，则重新读取等待，若准备就绪则读取压力传感器3数值，并将数值计算为压力值，并在数码管上显示计算得到的压力值，然后重新开始下一次读取，这样就可以实时测量施加在压力测量装置上的压力值。

图4示出了压力测量装置的一个实施例，航天器天线的大致形状为多肋条对称结构，在每根肋条上都有一个小平面用来施加卸载力，测量时安装效果如图所示。压力测量装置顶部的万向球与天线肋条上的平面底部接触，卸载力的方向垂直于加载平面，与压力测量装置的轴线重合，通过万向球连接件将卸载力施加在压力压力传感器上。套筒的外壁上有螺纹可以与支撑平台上的螺纹孔配合，将压力测量装置安装在需要测量的位置处。

图5示出了压力测量系统的一个实施例，在使用本压力测量系统同时对航天器天线进行多点测量时候，将测量装置布置在需要测量的不同位置处，由于航天器天线不同位置处的受力不同，按照传统的测量方案测量时航天器天线必然会在压力最大的测量的位置处产生较大的形变。使用本实施例中的测量方案时，连接件下方的弹簧在施加卸载力的过程中被压缩，天线下降之后将此处的一部分力均衡到附近的其他位置，防止在卸载力最大处的产生大的形变。

图6示出了测量显示仪器与多个传感器连接线路，在使用本测量系统同时对航天器天线进行多点测量时候，将多个测量电路的功能集成到同一个测量电路中，多个压力传感器产生的电压信号可以通过同一个测量电路来进行处理，测量电路中需要对压力传感器的电压信号进行选择，然后依次进行处理，即可得到不同位置所受到的压力值。

图7示出了多个测量装置的电源线连接线路，在使用该测量系统对多个测量位置进行测量时，将第一套的电源供电线与电源适配器的插头相接，提供测量装置所需要的电源，第二套压力测量装置的电源供电线与第一套压力测量装置的电源输出线相连接，其余的压力测量装置同理，依次连接，将测量仪器盒的信号线与压力传感器的插头对接，为压力传感器提供电压和获取压力传感器上的电压信号。

航天器天线结构复杂，为了避免航天器天线因卸载力产生的变形影响热变形，需要进行地面卸载的点很多，同时，需要使各测量点卸载力尽量相等，现有的测量系统在测量中，由于不同位置处卸载力的差别导致航天器天线在卸载时产生形变较大，影响热变形的研究。压力是工业生产,日常生活中重要的参数，压力传感器是支撑工业过程自动化的四大传感器之一。压力测量的应用范围很广，而且压力传感器可以在各种各样的环境中工作，压力测量的装置需要满足已知的各种测量需求来进行设计与制造。工作环境和组件会对压力测量设置各种限制限制。例如，压力传感器可能需要特定的方式来与被测物体进行连接或者需要专门的连接件。本发明都能够解决上述问题。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，包括压力传感器(3)、弹性元件(5)、安装座(6)和压力测量显示仪器(9)；压力传感器(3)下端连接弹性元件(5)，弹性元件设置在安装座(6)上；压力传感器(3)还连接压力测量显示仪器(9)。

2.根据权利要求1所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述安装座(6)的上方设置有套筒，套筒内设置有沿套筒轴向滑动的传感器连接件(4)，传感器连接件(4)设置在压力传感器(3)与弹性元件(5)之间。

3.根据权利要求2所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述传感器连接件(4)设置为杆状，传感器连接件(4)在套筒内运动中心轴线与传感器(3)的受压中心轴线重合。

4.根据权利要求2所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述套筒的表面粗糙度小于Ra1.6。

5.根据权利要求1所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述弹性元件(5)为弹簧。

6.根据权利要求1所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述压力传感器(3)的上方连接有万向球连接件(2)，万向球连接件(2)上方连接有万向球(1)。

7.根据权利要求6所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述压力传感器(3)和万向球(1)均通过螺纹与万向球连接件(2)连接。

8.根据权利要求6所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述压力传感器(3)与万向球连接件(2)连接的第一中心轴线和万向球连接件(2)与万向球(1)连接的第二中心轴线同轴。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置，其特征在于，所述压力测量显示仪器(9)设置有多个传感器接口；多个传感器接口用于分别连接对应的传感器(3)。

10.一种根据权利要求1-8任意一项所述的航天器天线模拟失重卸载力测量装置的测量系统，其特征在于，包括多个测量装置，多个所述测量装置的压力测量显示仪器(9)的电源线依次串联连接。