CN110920936B - 一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，包括磁力矩器本体、横穿在磁力矩器本体上的磁芯以及固定于磁力矩器本体内的MCU主控板，所述MCU主控板上设置有：磁传感模块，所述磁传感模块的输出端与所述MCU主控板的输入端连接，用于将感应到的磁控力矩信号由电信号转换至数字信号，并传送至MCU主控板后分析、处理；扩大电路，所述扩大电路包括电容C1、光电耦合器T、电阻R1、电感L1和三极管Q1，光电耦合器T的输入端通过电容C1与所述磁传感模块连接，光电耦合器T的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的1引脚、电感L1的一端连接。本申请集体积小、重量轻、抗干扰能力强的优点。

Description

一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器及设计方法

技术领域

本发明涉及磁力矩器技术领域，具体而言，涉及一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器及设计方法。

背景技术

磁力矩器是指产生偶极子磁矩的装置。航天器的磁矩与其所在处的地磁场相互作用产生磁控力矩，用以对航天器进行姿态控制或动量管理。磁力矩器一般有空心线圈与铁心线圈两种。磁力矩器通常与角动量交换装置或重力梯度杆配合使用。特别是对飞轮进行磁卸载已被广泛采用。磁力矩器的主要缺点是不能同时提供三轴的控制力矩。实际上，其力矩方向必与当地地磁场强度矢量垂直。

磁力矩器开机会产生很强的工作磁场，是卫星平台最主要的磁场干扰源。对高精度的空间磁场探测而言，在磁强计工作时，磁力矩器必须不工作。因此卫星在轨飞行时，需要设计两者分时工作的模式。分时工作可采用两种方式:一是从有利于磁场探测的角度出发，分区工作，即在需要磁强计采集数据的区域，磁力矩器关机，其余区域磁力矩器根据需要开机；二是从有利于磁力矩器卸载干扰力矩的角度出发，分时工作，即安排两者在秒区间按不同位置的占宽分时工作，其中分时工作方式需要两台设备精确的秒脉冲同步，确保间隔工作；另外磁力矩器即使采用方形脉冲驱动，由于其很大的阻抗，仍然有几十至上百毫秒的磁场上升下降沿，需要精细设计和测试，确保干扰尽量小。为达到最好的磁场探测效果，建议采用分区工作模式。

现有的磁力矩器多数具有尺寸较大、重量较重的缺点，且在工作过程中会受到干扰存在杂质信号，容易对其他部件产生影响，降低磁力矩器的使用效果，因此，我们提出了一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器及设计方法用于解决上述问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器及设计方法，以解决相关的尺寸较大、重量较重的缺点，且在工作过程中会受到干扰存在杂质信号，容易对其他部件产生影响的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，包括磁力矩器本体、横穿在磁力矩器本体上的磁芯以及固定于磁力矩器本体内的MCU主控板，所述MCU主控板上设置有：

磁传感模块，所述磁传感模块的输出端与所述MCU主控板的输入端连接，用于将感应到的磁控力矩信号由电信号转换至数字信号，并传送至MCU主控板后分析、处理；

扩大电路，所述扩大电路包括电容C1、光电耦合器T、电阻R1、电感L1和三极管Q1，光电耦合器T的输入端通过电容C1与所述磁传感模块连接，光电耦合器T的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的1引脚、电感L1的一端连接，电感L1的另一端与三极管Q1的3引脚连接；

抗干扰电路，所述抗干扰电路包括三极管Q2、三极管Q3，其中三极管Q2的2引脚通过电阻R2与所述三极管Q1的2引脚连接，三极管Q3的2引脚通过电阻R3与所述三极管Q1的3引脚连接，三极管Q2的1引脚、三极管Q3的1引脚分别对应通过电阻R4、电阻R5与电容C2串联，所述电阻R2的一端通过电容C3连接有电阻R6，电阻R3的一端通过电容C4连接有电阻R7，且电阻R6、电阻R7的一端分别与所述MCU主控板连接。

进一步的，所述光电耦合器T的VCC端连接有+5V的电源，所述电感L1与所述电阻R1连接的一端还连接有+12V的电源。

进一步的，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7的阻值分别为15KΩ、20KΩ、20KΩ、15KΩ、15KΩ、25KΩ和25KΩ。

进一步的，所述电容C1、电容C2、电容C3的容值分别为20uF、40uF和20uF。

进一步的，所述电容C2的一端、三极管Q3的3引脚和三极管Q2的3引脚均接地。

进一步的，所述MCU主控板的输出端还连接有通信模块，用于磁力矩器与微纳卫星之间的通信连接。

为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器的设计方法，包括以下步骤：

S1、磁传感模块将感应到的磁控力矩信号传送至MCU主控板，经过MCU主控板分析、处理后，将信号传输至扩大电路；

S2、经由扩大电路将传输信号放大后继续传送至抗干扰电路，磁力矩器与微纳卫星之间的杂质信号经过屏蔽、处理后，信号返回至MCU主控板；

S3、MCU主控板将信号由电信号转换至数字信号显示，同步控制磁芯工作；

S4、磁力矩器通过通信模块与微纳卫星建立连接。

为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；

以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，

所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；

所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行第二方面中所述的高密度集成化磁力矩器的设计方法。

为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述第二方面中所述的高密度集成化磁力矩器的设计方法。

在本申请实施例中，高密度集成化磁力矩器及设计方法集体积小、重量轻、抗干扰能力强的优点，通过扩大电路能够放大磁传感模块的检测信号，提高检测精确度，并配合抗干扰电路能够消除磁传感模块检测信号中的杂质信号，降低对其他部件产生影响，也避免影响微纳卫星与磁力矩器间的磁场探测效果。本发明设计巧妙，操作简便，解决了现有磁力矩器多数具有尺寸较大、重量较重的缺点的问题，抗干扰性能强，值得推广。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的侧剖图；

图2是根据本申请实施例提供的电路原理图；

图中：1、磁力矩器本体；2、磁芯；3、MCU主控板；4、磁传感模块；5、扩大电路；6、抗干扰电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

根据本申请实施例，提供了一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，如图1所示，包括磁力矩器本体1、横穿在磁力矩器本体1上的磁芯2以及固定于磁力矩器本体1内的MCU主控板3。

所述MCU主控板3上设置有：

磁传感模块4，所述磁传感模块4的输出端与所述MCU主控板3的输入端连接，用于将感应到的磁控力矩信号由电信号转换至数字信号，并传送至MCU主控板3后分析、处理；

扩大电路5，所述扩大电路5包括电容C1、光电耦合器T、电阻R1、电感L1和三极管Q1，光电耦合器T的输入端通过电容C1与所述磁传感模块4连接，光电耦合器T的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的1引脚、电感L1的一端连接，电感L1的另一端与三极管Q1的3引脚连接，通过扩大电路5能够放大磁传感模块的检测信号，提高检测精确度；

抗干扰电路6，所述抗干扰电路6包括三极管Q2、三极管Q3，其中三极管Q2的2引脚通过电阻R2与所述三极管Q1的2引脚连接，三极管Q3的2引脚通过电阻R3与所述三极管Q1的3引脚连接，三极管Q2的1引脚、三极管Q3的1引脚分别对应通过电阻R4、电阻R5与电容C2串联，所述电阻R2的一端通过电容C3连接有电阻R6，电阻R3的一端通过电容C4连接有电阻R7，且电阻R6、电阻R7的一端分别与所述MCU主控板3连接，通过抗干扰电路6能够消除磁传感模块4检测信号中的杂质信号，降低对其他部件产生影响，也避免影响微纳卫星与磁力矩器间的磁场探测效果。

其中，所述光电耦合器T的VCC端连接有+5V的电源，所述电感L1与所述电阻R1连接的一端还连接有+12V的电源，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7的阻值分别为15KΩ、20KΩ、20KΩ、15KΩ、15KΩ、25KΩ和25KΩ，所述电容C1、电容C2、电容C3的容值分别为20uF、40uF和20uF，所述电容C2的一端、三极管Q3的3引脚和三极管Q2的3引脚均接地，所述MCU主控板的输出端还连接有通信模块，用于磁力矩器与微纳卫星之间的通信连接。

所述磁力矩器本体1的设计方法，包括以下步骤：

S1、磁传感模块4将感应到的磁控力矩信号传送至MCU主控板3，经过MCU主控板3分析、处理后，将信号传输至扩大电路5，通过扩大电路5能够放大磁传感模块4的检测信号，提高检测精确度；

S2、经由扩大电路5将传输信号放大后继续传送至抗干扰电路6，利用抗干扰电路5能够消除磁传感模块4检测信号中的杂质信号，降低对其他部件产生影响，也避免影响微纳卫星与磁力矩器间的磁场探测效果，磁力矩器与微纳卫星之间的杂质信号经过屏蔽、处理后，信号返回至MCU主控板3；

S3、MCU主控板3将信号由电信号转换至数字信号显示，同步控制磁芯2工作；

S4、磁力矩器通过通信模块与微纳卫星建立连接，保持稳定的通信连接关系。

根据本申请实施例，还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

至少一个处理器；

以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，

所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；

所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述图1或图2中所述的高密度集成化磁力矩器的设计方法。

根据本申请实施例，还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行图1或图2所述的高密度集成化磁力矩器的设计方法。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，包括磁力矩器本体（1）、横穿在磁力矩器本体（1）上的磁芯（2）以及固定于磁力矩器本体（1）内的MCU主控板（3），其特征在于，所述MCU主控板（3）上设置有：

磁传感模块（4），所述磁传感模块（4）的输出端与所述MCU主控板（3）的输入端连接，用于将感应到的磁控力矩信号由电信号转换至数字信号，并传送至MCU主控板（3）后分析、处理；

扩大电路（5），用于放大磁传感模块（4）的检测信号，所述扩大电路（5）包括电容C1、光电耦合器T、电阻R1、电感L1和三极管Q1，光电耦合器T的输入端通过电容C1与所述磁传感模块（4）连接，光电耦合器T的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的1引脚、电感L1的一端连接，电感L1的另一端与三极管Q1的3引脚连接；

抗干扰电路（6），用于消除磁传感模块（4）检测信号中的杂质信号，所述抗干扰电路（6）包括三极管Q2、三极管Q3，其中三极管Q2的2引脚通过电阻R2与所述三极管Q1的2引脚连接，三极管Q3的2引脚通过电阻R3与所述三极管Q1的3引脚连接，三极管Q2的1引脚、三极管Q3的1引脚分别对应通过电阻R4、电阻R5与电容C2串联，所述电阻R2的一端通过电容C3连接有电阻R6，电阻R3的一端通过电容C4连接有电阻R7，且电阻R6、电阻R7的一端分别与所述MCU主控板（3）连接；

所述MCU主控板（3）的输出端还连接有通信模块，用于磁力矩器与微纳卫星之间的通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，其特征在于，所述光电耦合器T的VCC端连接有+5V的电源，所述电感L1与所述电阻R1连接的一端还连接有+12V的电源。

3.根据权利要求1所述的一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，其特征在于，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7的阻值分别为15KΩ、20KΩ、20KΩ、15KΩ、15KΩ、25KΩ和25KΩ。

4.根据权利要求1所述的一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，其特征在于，所述电容C1、电容C2、电容C3的容值分别为20uF、40uF和20uF。

5.根据权利要求1所述的一种应用于微纳卫星的高密度集成化磁力矩器，其特征在于，所述电容C2的一端、三极管Q3的3引脚和三极管Q2的3引脚均接地。

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