CN110736597A - 基于加速度传感器的扰振测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加速度传感器的扰振测试系统，该系统包括待测试元件组、三向加速度传感器，所述三向加速度传感器固定于测试元件上，且每个所述测试元件上固定有三个所述三向加速度传感器；所述测试元件的三个所述三向加速度传感器分别用以采集该测试元件平动和/或转动时的X向、Y向、Z向的加速度信号。本发明的系统可以在无光学载荷的条件下仅通过光学载荷的力学模拟件便可进行试验，基于粘贴的加速度通过数据后处理计算得到扰动源对于光学载荷的影响，从而对干扰力的影响作出合理的指标判断。
Description
技术领域
本发明涉及航天系统技术领域，尤其涉及一种基于加速度传感器的扰振测试系统及其测试方法。
背景技术
高分辨率遥感卫星内部安装的飞轮等扰动部件在工作时产生的扰动力对光学系统成像会造成不可忽视的影响，一般会直接导致图像模糊，严重时甚至会引发图像扭曲等现象。因此，高分辨率遥感卫星在研制过程中必须进行整星扰动下成像试验。
传统光学成像测试方法需要具备完整的光学载荷，而针对高分辨率光学载荷其镜面等光学元器件的加工周期以及整个光学载荷的装调周期均比较长，在装调后还需配备相应的真实的电子学产品进行辅助测试，因此，在时间周期和资金成本上都需要巨大的投入。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现在无光学载荷的条件下仅通过光学载荷的力学模拟件便可进行试验的基于加速度传感器的扰振测试系统及其测试方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，包括：
待测试元件组，该待测试元件组包括多个测试元件；
三向加速度传感器，所述三向加速度传感器固定于所述测试元件上，且每个所述测试元件上固定有三个所述三向加速度传感器；
所述测试元件的三个所述三向加速度传感器分别用以采集该测试元件平动和/或转动时的X向、Y向、Z向的加速度信号；
该扰振测试系统还包括：
与所述三向加速度传感器通过传输线缆电性连接的信号采集仪，该信号采集仪接收所述三向加速度传感器传输的加速度信号并获得加速度时域信号；以及
与所述信号采集仪通讯的数据处理软件，所述数据处理软件接收所述信号采集仪传输的加速度时域信号并计算转化为频域指标像素。
进一步的，所述待测试元件组为光学敏感元件组；
所述光学敏感元件组包括主镜、次镜、三镜；
所述主镜、次镜和三镜的镜体背面均通过镜体转接块固定有三个所述三向加速度传感器；
所述光学敏感元件组还包括折叠镜和焦面；
所述折叠镜和焦面表面粘贴有三个所述三向加速度传感器。
进一步的，三个所述三向加速度传感器分别采集对应敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
所述信号采集仪接收所述三向加速度传感器传输的X向、Y向、Z向加速度信号并获得加速度时域信号；
所述数据处理软件接收所述信号采集仪传输的加速度时域信号并计算转化为频域光学指标像素。
进一步的，所述镜体转接块选用材质为金属或非金属；
所述镜体转接块与主镜、次镜和三镜的镜体背面贴合一侧形成为与对应镜体曲率匹配的配合面，所述镜体转接块远离对应镜体一侧形成为平面；
所述三向加速度传感器粘贴固定于所述镜体转接块的平面。
本发明公开的一种基于加速度传感器的扰振测试方法，该测试方法包括以下步骤：
S101、光学方法系统计算，通过光学设计对各光学敏感元件的位移或转角引起的中心像点像素偏移值进行计算，得到各光学敏感元件的光学放大系数；
S102、三向加速度传感器粘贴，在各光学敏感元件上粘贴三向加速度传感器，且每个光学敏感元件上至少粘贴三个三向加速度传感器，三个所述三向加速度传感器分别采集对应光学敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
S103、各光学敏感元件加速度测试，利用信号采集仪对各光学敏感元件上三向加速度传感器数据进行采集，得到各光学敏感元件测点的加速度信号；
S104、位移信号转换，利用加速度二次积分得到各光学敏感元件上的加速度传感器测点的位移；
S105、光学敏感元件的位移或转角拟合，将得到的各个加速度测点位移或转角进行拟合，得到各光学敏感元件的位移或转角；
S106、中心像点偏移计算，结合各光学敏感元件位移、转角及光学放大系数，得到中心像点的像素偏移值。
在上述技术方案中，本发明提供的基于加速度传感器的扰振测试系统及其测试方法，具有以下有益效果：
本发明的系统可以在无光学载荷的条件下仅通过光学载荷的力学模拟件便可进行试验，基于粘贴的加速度通过数据后处理计算得到扰动源对于光学载荷的影响，从而对干扰力的影响作出合理的指标判断。
本发明的测试方法将光学的测试方法转化为力学的测试手段，通过光学放大系数及镜体转角对相机像移光学指标进行评估，实现在无光学载荷的条件下仅利用光学载荷的力学模拟件便可进行测试，在时间周期和测试成本上都得到了优化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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基于加速度传感器的扰振测试系统的原理框图；
图2为本发明实施例提供的基于加速度传感器的扰振测试方法的流程图。
附图标记说明：
1、主镜；2、次镜；3、三镜；4、折叠镜；5、焦面；6、三向加速度传感器；7、镜体转接块；8、信号采集仪；9、数据处理软件；10、传输线缆。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1所示；
实施例一：
本发明的实施例一具体公开了基于加速度传感器的扰振测试系统，其中，图1示出了本实施例一的扰振测试系统的系统原理图；
本发明的基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，包括：
待测试元件组，该待测试元件组包括多个测试元件；
三向加速度传感器6，三向加速度传感器6固定于测试元件上，且每个测试元件上固定有三个三向加速度传感器6；
测试元件的三个三向加速度传感器6分别用以采集该测试元件平动和/或转动时的X向、Y向、Z向的加速度信号；
该扰振测试系统还包括：
与三向加速度传感器6通过传输线缆10电性连接的信号采集仪8，该信号采集仪8接收三向加速度传感器6传输的加速度信号并获得加速度时域信号；以及
与信号采集仪8通讯的数据处理软件9，数据处理软件9接收信号采集仪8传输的加速度时域信号并计算转化为频域指标像素。
本实施例一公开的测试系统，是基于三向加速度传感器6对测试元件的X向、Y向、Z向加速度信号进行测定和采集，并将采集的三向加速度信号通过信号采集仪8和数据处理软件9进行收集和计算，以获得中心像点偏移值，通过这种方式，解决了利用整套光学载荷的加工周期长和装调周期长的技术问题。
优选的是：
将本实施例一的系统用于高分辨率遥感卫星的内部扰动部件的测试，具体为：
上述的待测试元件组为光学敏感元件组；
其中，光学敏感元件组包括主镜1、次镜2、三镜3；
主镜1、次镜2和三镜3的镜体背面均通过镜体转接块7固定有三个三向加速度传感器6；
光学敏感元件组还包括折叠镜4和焦面5；
折叠镜4和焦面5表面粘贴有三个三向加速度传感器6。
其中，本实施例中镜体转接块7选用材质为金属或非金属；
镜体转接块7与主镜1、次镜2和三镜3的镜体背面贴合一侧形成为与对应镜体曲率匹配的配合面，镜体转接块7远离对应镜体一侧形成为平面；
三向加速度传感器6粘贴固定于镜体转接块7的平面。
由于主镜1、次镜2、三镜3表面具有一定的曲率，为了方便三向加速度传感器6的固定，以及不会影响到测试结构，需要在对应的位置加设镜体转接块7，其中，上述的镜体转接块7材质选用金属/非金属材料，要求为刚度高且阻尼小的材料，不影响加速度信号的传输且不能造成信号的衰减，镜体转接块7的加工要求一侧与镜面曲率贴合、无缝隙，另一侧为平面，用于与三向加速度传感器6进行连接。
而本实施例中的折叠镜4和焦面5的表面为平面，因此不需要加设镜体转接块7，直接将三向加速度传感器6粘贴在折叠镜4和焦面5指定位置即可。
三个三向加速度传感器6分别采集对应敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
信号采集仪8接收三向加速度传感器6传输的X向、Y向、Z向加速度信号并获得加速度时域信号，本实施例的信号采集仪8为频谱采集仪，能够接收三向加速度传感器6采集的加速度时域信号，另外，三向加速度传感器6通过无损传输线缆10与信号采集仪8电性连接，以提高传输效率和传输效果。
最后，数据处理软件7接收信号采集仪8传输的加速度时域信号并计算转化为频域光学指标像素。
其中，本实施例的三向加速度传感器6的尺寸及测量精度可根据不同卫星微振动扰动量级大小而确定。
参见图2所示；
实施例二：
实施例二公开了本发明的基于加速度传感器的扰振测试系统的测试方法，具体如下：
基于加速度传感器的扰振测试方法，该测试方法包括以下步骤：
S101、光学方法系统计算，通过光学设计对各光学敏感元件的位移或转角引起的中心像点像素偏移值进行计算，得到各光学敏感元件的光学放大系数；
S102、三向加速度传感器6粘贴，在各光学敏感元件上粘贴三向加速度传感器6，且每个光学敏感元件上至少粘贴三个三向加速度传感器6，三个三向加速度传感器6分别采集对应光学敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
S103、各光学敏感元件加速度测试，利用信号采集仪对各光学敏感元件上三向加速度传感器6数据进行采集，得到各光学敏感元件测点的加速度信号；
S104、位移信号转换，利用加速度二次积分得到各光学敏感元件上的加速度传感器测点的位移；
其中，位移信号转换中加速度二次积分具体算法如下：
其中Δt代表非常短的时间间隔；
当τ＝0时，有
且y(t+τ)＝y(t)，于是得到常值C和D如下：
将(4)式带入到(2)式和(3)式中可得：
S105、光学敏感元件的位移或转角拟合，将得到的各个加速度测点位移或转角进行拟合，得到各光学敏感元件的位移或转角；
S106、中心像点偏移计算，结合各光学敏感元件位移、转角及光学放大系数，得到中心像点的像素偏移值。
其中，Poff为中心像点的像素偏移值，Oij代表第i个光学组件的光学放大系数(j＝1∶6)；Dij代表第i个光学组件的位移j＝1∶3及转角(j＝4∶6)；
在上述技术方案中，本发明提供的基于加速度传感器的扰振测试系统及其测试方法，具有以下有益效果：
本发明的系统可以在无光学载荷的条件下仅通过光学载荷的力学模拟件便可进行试验，基于粘贴的加速度通过数据后处理计算得到扰动源对于光学载荷的影响，从而对干扰力的影响作出合理的指标判断。
本发明的测试方法将光学的测试方法转化为力学的测试手段，通过光学放大系数及镜体转角对相机像移光学指标进行评估，实现在无光学载荷的条件下仅利用光学载荷的力学模拟件便可进行测试，在时间周期和测试成本上都得到了优化。
本发明的测试系统和测试方法不仅可以测试光学系统内敏感元件的加速度响应，同时可以扩展至任何需要测试平动及转动元件组合系统的响应，不仅仅针对光学遥感载荷，对于其它有平动及转动测试需求的载荷均适用可应，同时，该系统和方法可用于所有的折反式光学系统，具有很高的应用价值。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (5)
1.基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，包括：
待测试元件组，该待测试元件组包括多个测试元件；
三向加速度传感器(6)，所述三向加速度传感器(6)固定于所述测试元件上，且每个所述测试元件上固定有三个所述三向加速度传感器(6)；
所述测试元件的三个所述三向加速度传感器(6)分别用以采集该测试元件平动和/或转动时的X向、Y向、Z向的加速度信号；
该扰振测试系统还包括：
与所述三向加速度传感器(6)通过传输线缆(10)电性连接的信号采集仪(8)，该信号采集仪(8)接收所述三向加速度传感器(6)传输的加速度信号并获得加速度时域信号；以及
与所述信号采集仪(8)通讯的数据处理软件(9)，所述数据处理软件(9)接收所述信号采集仪(8)传输的加速度时域信号并计算转化为频域指标像素。
2.根据权利要求1所述的基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，所述待测试元件组为光学敏感元件组；
所述光学敏感元件组包括主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)；
所述主镜(1)、次镜(2)和三镜(3)的镜体背面均通过镜体转接块(7)固定有三个所述三向加速度传感器(6)；
所述光学敏感元件组还包括折叠镜(4)和焦面(5)；
所述折叠镜(4)和焦面(5)表面粘贴有三个所述三向加速度传感器(6)。
3.根据权利要求2所述的基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，三个所述三向加速度传感器(6)分别采集对应光学敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
所述信号采集仪(8)接收所述三向加速度传感器(6)传输的X向、Y向、Z向加速度信号并获得加速度时域信号；
所述数据处理软件(9)接收所述信号采集仪(8)传输的加速度时域信号并计算转化为频域光学指标像素。
4.根据权利要求2所述的基于加速度传感器的扰振测试系统，其特征在于，所述镜体转接块(7)选用材质为金属或非金属；
所述镜体转接块(7)与主镜(1)、次镜(2)和三镜(3)的镜体背面贴合一侧形成为与对应镜体曲率匹配的配合面，所述镜体转接块(7)远离对应镜体一侧形成为平面；
所述三向加速度传感器(6)粘贴固定于所述镜体转接块(7)的平面。
5.基于加速度传感器的扰振测试方法，其特征在于，该测试方法主要包括以下步骤：
S101、光学方法系统计算，通过光学设计对各光学敏感元件的位移或转角引起的中心像点像素偏移值进行计算，得到各光学敏感元件的光学放大系数；
S102、三向加速度传感器(6)粘贴，在各光学敏感元件上粘贴三向加速度传感器(6)，且每个光学敏感元件上至少粘贴三个三向加速度传感器(6)，三个所述三向加速度传感器(6)分别采集对应光学敏感元件的X向、Y向、Z向加速度信号；
S103、各光学敏感元件加速度测试，利用信号采集仪(8)对各光学敏感元件上三向加速度传感器(6)数据进行采集，得到各光学敏感元件测点的加速度信号；
S104、位移信号转换，利用加速度二次积分得到各光学敏感元件上的三向加速度传感器测点的位移；
S105、光学敏感元件的位移或转角拟合，将得到的各个加速度测点位移或转角进行拟合，得到各光学敏感元件的位移或转角；
S106、中心像点偏移计算，结合各光学敏感元件位移、转角及光学放大系数，得到中心像点的像素偏移值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No. 1299, Mingxi Road, Beihu science and Technology Development Zone, Changchun City, Jilin Province Patentee after: Changguang Satellite Technology Co.,Ltd. Address before: No. 1299, Mingxi Road, Beihu science and Technology Development Zone, Changchun City, Jilin Province Patentee before: CHANG GUANG SATELLITE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Disturbance testing system and testing method based on accelerometer Granted publication date: 20200811 Pledgee: Jilin Province Trust Co.,Ltd. Pledgor: Changguang Satellite Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024220000062 |