CN109060125A - 一种空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，包括太阳能模拟器(5)，太阳能模拟器(5)安装在真空罐(1)中，太阳能模拟器(5)照射方向上设置二维移动机构(3)，二维移动机构(3)的滑块上安装硅光电池(4)，硅光电池(4)和二维移动机构(3)分别连接控制器(8)。与现有技术相比，本发明仅需一块硅光电池即可测量太阳模拟器的辐照均匀性，消除了温差等因素引起不同硅光电池测量结果不同，从而造成的辐照均匀性测量不准确；采用控温模块，消除了真空低温环境对于硅光电池和电机的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳模拟器辐照均匀性检测装置，尤其是涉及一种在真空低温下使用的在线监测装置。
背景技术
在进行航天器真空热试验时，过去经常采用加热片、加热棒、加热笼等手段进行外热流模拟，而太阳模拟器为外热流模拟提供了新的方法。太阳模拟器在均匀性、准直性和同太阳光谱的贴近程度上都有着其他外热流模拟手段无法企及的优势。
随着对新型号航天器外热流模拟精度的要求日益提高，对于太阳模拟器辐照不均匀性的要求也就越来越高，目前多要求优于±5％。因此为了保证真空热试验外热流模拟的准确性，需要在真空低温下对太阳模拟器的辐照均匀性进行检测。
目前，太阳模拟器的辐照均匀性通常由固定安装于太阳模拟器辐照面的几块硅光电池测量，硅光电池测量受温度影响较大，在太阳模拟器不同的照射区域，不同硅光电池间温度可能有较大差异，造成辐照均匀性计算结果不准确。
另一方面，太阳模拟器的各项辐照指标通常在大气环境下进行测量，在进行真空热试验时，对太阳模拟器进行同样的设置，以期达到真空低温环境中同大气环境相同的输出。然而，在真空低温环境下，太阳模拟器的微量形变，可能对太阳模拟器辐照光斑的均匀性造成巨大影响。硅光电池无法在空间环境下使用，因此真空热试验时的均匀性不能有效检测。
常温常压下可采用单个硅光电池作为探测器，手动或自动扫描辐照面的等间距各个点的辐照度，单次测量时间较短(一般耗时3-5分钟)，且存在空气对流，故无需考虑温度变化的影响。然而空间环境下，适应真空低温的运动机构复杂，造价昂贵，不易对整个辐照面扫描。
综上，需要解决在空间环境下采用简便可行的办法对太阳模拟器辐照均匀性进行准确、快速的测量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间环境下太阳模拟器辐照均匀性在线监测装置，能够在空间环境下，仅用一块硅光电池，以扫描的方式对太阳模拟器辐均匀性进行测量。
一种空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，包括太阳能模拟器，太阳能模拟器安装在真空罐中，太阳能模拟器照射方向上设置二维移动机构，二维移动机构的滑块上安装硅光电池，硅光电池和二维移动机构分别连接控制器。
硅光电池上安装有温度传感器和加热片，温度传感器和加热片连接控制器中的控温模块。
二维移动机构的电机表面安装温度传感器和加热片，温度传感器和加热片连接控制器中的控温模块。
控制器中有二维移动机构的电机驱动器、硅光电池的数据采集器和通讯接口，通过通讯结构连接计算机。
二维移动机构的电机经过无油化处理，采用固体润滑或适于在真空低温环境下使用的润滑脂。
计算机中安装有控制程序，控制程序用于配置硅光电池的扫描区域、扫描时间间隔和二维移动机构上电机的转速，并通过控制器控制二维移动机构实现上述配置。
控制程序用于预设硅光电池和二维移动机构电机的温度，当温度传感器检测到温度低于设定温度时，控温模块控制加热片加热。
控制程序可以显示所述硅光电池测得的实时辐照度，并显示根据已测各点辐照度计算得出的辐照均匀性结果。
所控制程序还包含绘图模块，根据光硅电池扫描得到的数据绘制辐射分布图，以不同颜色对测量结果进行区分，显示颜色可设置。
与现有技术相比，本发明仅需一块硅光电池即可测量太阳模拟器的辐照均匀性，消除了温差等因素引起不同硅光电池测量结果不同，从而造成的辐照均匀性测量不准确；采用控温模块，消除了真空低温环境对于硅光电池和电机的影响；检测装置采用一体化设计方案，将各模块集成在机箱内，结构简单，操作方便；使用控制软件，显示实时测量结果，并以不同颜色对不同级别辐照度进行区分，并可远程设置参数，数字化水平较高。因此，与现有技术相比，本发明具有结构简单、集成度高、监控方便及测量结果准确度高等有益效果。本发明具有如下的有益效果：
(1)仅需一块硅光电池即可测量太阳模拟器的辐照均匀性，消除了温差等因素引起不同硅光电池测量结果不同，从而造成的辐照均匀性测量不准确；
(2)采用控温模块，消除了真空低温环境对于硅光电池和电机的影响；
(3)检测装置采用一体化设计方案，将各模块集成在机箱内，结构简单，操作方便；
(4)使用控制软件，显示实时测量结果，并以不同颜色对不同级别辐照度进行区分，并可远程设置参数，数字化水平较高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的测试现场布局图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参见附图1，将装有硅光电池4和二维移动机构3的安装支架2放置于真空罐1内需进行太阳模拟器5辐照均匀性测量的位置。二维移动机构3由安装在矩形导轨上的X轴和Y轴组成，X轴电机控制X轴移动，Y轴电机控制Y轴移动，X轴和Y轴的交叉点安装滑块，滑块上安装光硅电池4。所述检测装置还包括控制器8，控制器8中有控温模块、所述二维移动机构3的电机驱动器、通讯接口和数据采集模块等，通过通讯接口连接计算机9，计算机9上安装有控制用的软件程序。
在计算机9对扫描区域进行设置，设置完成后，远程计算机依次通过罐外电缆7、罐内专用电缆6将控制指令发送至二维移动机构3的电机，驱动二维移动机构3带动4硅光电池沿一定路线扫描指定区域，并以一定的时间间隔对5太阳模拟器辐照度进行测量，二维移动机构3移动路线和扫描间隔也可通过远程计算机进行设置。待指定区域扫描完成后，计算机9将各点的辐照度测量结果进行处理，得到该区域的辐照均匀性。
在硅光电池4壳体外粘贴测温传感器10和加热片11，并连接控温模块。在进行真空热试验时，在控制软件上设定目标温度值，并发送给控温模块，当10温度传感器测得的4硅光电池温度低于目标值时，控温模块对4硅光电池进行加热。
在二维移动机构3的X轴电机和Y轴电机壳体外粘贴测温传感器10和加热片11，并连接控温模块。在进行真空热试验时，在控制软件上设定目标温度值，并发送给控温模块，当10温度传感器测得的3二维移动机构的电机温度低于目标值时，控温模块对3二维移动机构的电机进行加热。
所述硅光电池4由二维移动机构3控制移动，所述二维移动机构3可到达所述太阳模拟器的辐照面的各个位置，所述二维移动机构3由远程计算机的控制软件程序控制，测量区域可在所述控制软件上输入。
所述控制软件可以显示所述硅光电池测得的实时辐照度，并显示根据已测各点辐照度计算得出的辐照均匀性结果。所述控制软件还应包含绘图区域，绘图区域各点与所述硅光电池扫描的各点对应，以不同颜色对测量结果进行区分，显示颜色可设置。
所述控制软件可对所述硅光电池当前温度，所述二维移动机构的电机当前温度进行显示。
所述控制软件应能对所述硅光电池扫描区域、扫描时间间隔，所述二维移动机构移动速率，所述硅光电池控温温度，所述二维移动机构的电机控温温度进行设置。
所述二维移动机构的电机需经过无油化处理，采用固体润滑或适于在真空低温环境下使用的润滑脂。
所述温度传感器为多个，所述多个温度传感器分别测量所述一个硅光电池和二维移动机构两个电机的温度。
所述控温模块为多个，所述多个控温模块分别对所述一个硅光电池和二维移动机构的两个电机进行温度控制。
所述控温模块的预设目标温度由所述控制软件设定并传送至所述控温模块。
所述硅光电池4、所述二维运动机构3、所述控温模块在所述真空环境下使用的电缆，为真空低温专用电缆。
所述硅光电池4、所述二维运动机构3、所述控温模块在所述真空环境下使用的插头，为真空低温专用插头。
本发明需通过控制软件驱动二维移动机构，带动硅光电池对整个太阳模拟器辐照面或指定区域进行扫描，并不断采集不同位置的辐照度，在扫描完成后，对该区域的辐照度均匀性进行计算。由于低温环境对硅光电池的测量值以及二维移动机构的电机有一定影响，为硅光电池和二维移动机构设置了控温装置，安装于硅光电池和电机表面，当温度传感器测得温度低于设定值时，控温模块会对硅光电池和电机进行加热。在真空环境下，电机等机构所含有的内部油脂会挥发，为防止油脂挥发影响真空度，电机需事先经过无油处理。本发明利用二维移动机构，仅用一个硅光电池即可对空间环境下整个辐照面测量辐照均匀性，也可使硅光电池移动至特定区域，测量该区域的辐照均匀性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，包括太阳能模拟器(5)，其特征在于：太阳能模拟器(5)安装在真空罐(1)中，太阳能模拟器(5)照射方向上设置二维移动机构(3)，二维移动机构(3)的滑块上安装硅光电池(4)，硅光电池(4)和二维移动机构(3)分别连接控制器(8)。
2.根据权利要求1所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：硅光电池(4)上安装有温度传感器(10)和加热片(11)，温度传感器(10)和加热片(11)连接控制器(8)中的控温模块。
3.根据权利要求2所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：二维移动机构(3)的电机表面安装温度传感器(10)和加热片(11)，温度传感器(10)和加热片(11)连接控制器(8)中的控温模块。
4.根据权利要求3所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：控制器(8)中有二维移动机构(3)的电机驱动器、硅光电池(4)的数据采集器和通讯接口，通过通讯结构连接计算机(9)。
5.根据权利要求3所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：二维移动机构(3)的电机经过无油化处理，采用固体润滑或适于在真空低温环境下使用的润滑脂。
6.根据权利要求4所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：计算机(9)中安装有控制程序，控制程序用于配置硅光电池(4)的扫描区域、扫描时间间隔和二维移动机构(3)上电机的转速，并通过控制器(8)控制二维移动机构(3)实现上述配置。
7.根据权利要求6所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：控制程序用于预设硅光电池(4)和二维移动机构(3)电机的温度，当温度传感器(10)检测到温度低于设定温度时，控温模块控制加热片(11)加热。
8.根据权利要求7所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：控制程序可以显示所述硅光电池(4)测得的实时辐照度，并显示根据已测各点辐照度计算得出的辐照均匀性结果。
9.根据权利要求8所述的空间环境下太阳能模拟器辐射均匀性检测装置，其特征在于：所控制程序还包含绘图模块，根据光硅电池(4)扫描得到的数据绘制辐射分布图，以不同颜色对测量结果进行区分，显示颜色可设置。
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