CN111157208A - 一种卫星微振动隔振模拟测量系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星微振动隔振模拟测量系统与方法，该系统包括运动小车、卫星、待测隔振系统、被隔振设备、振动测量系统、准零刚度悬吊系统和激振器；激振器安装在运动小车上并与卫星连接，卫星与被隔振设备均悬吊在准零刚度悬吊系统上，两者中间安装有待测隔振系统；运动小车模拟卫星在空间中的失重与在轨运动状态，待测隔振系统隔离卫星的振动传递到被隔振设备处，准零刚度悬吊系统模拟零重力状态，振动测量系统分别测量激振器与被隔振设备的振动信号，对比两者的振动信号得到振动的衰减并计算两者振动信号幅值的比值得到振动传递率。本发明在地面实现对卫星上微振动隔振装置的性能进行模拟测量，对卫星相关设备在轨运行状态进行评估。

Description

一种卫星微振动隔振模拟测量系统与方法

技术领域

本发明涉及卫星微振动测量技术领域，具体涉及一种卫星微振动隔振模拟测量系统与方法。

背景技术

卫星技术日益发展，卫星上的某些设备对振动越来越敏感，尤其是光学载荷。随着分辨率的提高，光学载荷对微振动的敏感度增大，微小的振动可能导致成像性能的大幅下降。同时，卫星本体存在各种振动源，如飞轮的转动将产生振动。因此，需要使用专门设计的隔振装置将振动敏感载荷与卫星本体连接，降低卫星振动对敏感载荷的影响。考虑到卫星使用环境的特殊性，需要在发射卫星前进行振动模拟试验，以考核所设计的隔振装置的隔振性能，保证卫星相关设备在轨时的正常工作。

卫星地面模拟试验需要在地面模拟卫星的失重状态，传统的失重模拟方式一般采用气囊或吊丝，结构较为复杂，难以实现微振动系统的准确模拟与控制。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种卫星微振动隔振模拟测量系统与方法，本发明可以最大限度的模拟卫星在轨运动，在实现卫星的运动模拟与失重状态模拟的基础上，对卫星上使用的隔振装置进行微振动隔振性能的测试与考核。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种卫星微振动隔振模拟测量系统，包括运动小车、卫星、待测隔振系统、被隔振设备、振动测量系统、准零刚度悬吊系统和激振器；

所述运动小车与激振器连接，所述激振器与卫星连接，所述卫星与待测隔振系统连接，所述待测隔振系统与被隔振设备连接，所述卫星与所述被隔振设备均悬吊在准零刚度悬吊系统上，所述振动测量系统分别与被隔振设备、激振器连接；

所述运动小车模拟卫星在空间中的失重与在轨运动状态，所述待测隔振系统隔离卫星的振动传递到被隔振设备处，所述准零刚度悬吊系统模拟零重力状态，所述振动测量系统分别测量激振器与被隔振设备的振动信号，对比激振器与被隔振设备的振动信号，得到振动的衰减，计算激振器与被隔振设备的振动信号幅值的比值，得到振动传递率。

作为优选的技术方案，所述卫星采用卫星本体或者卫星模拟模块，所述卫星模拟模块的质量与真实的卫星本体质量相等。

作为优选的技术方案，所述被隔振设备采用星载设备或者星载设备模拟模块，所述星载设备模拟模块的质量与真实的星载设备质量相等。

作为优选的技术方案，所述振动测量系统上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集被隔振设备和激振器上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

作为优选的技术方案，所述被隔振设备上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集被隔振设备上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

作为优选的技术方案，所述运动小车上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集运动小车上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

本发明还提供一种卫星微振动隔振模拟测量方法，包括下述步骤：

运行小车带动卫星在在空间平面内运行，模拟卫星在空间失重环境下的运行状态；

激振器发出激励力，激励卫星产生振动，所述振动通过待测隔振系统传递到被隔振设备；

振动测量系统测量通过待测振动系统传递到被隔振设备的振动信号、整体系统的全局振动信号，所述全局振动信号包括运动小车的振动信号和激振器的振动信号；

所述振动测量系统分析待测隔振系统的隔振性能，去除运动小车的振动信号，对比激振器与被隔振设备的振动信号，得到振动的衰减，计算激振器与被隔振设备的振动信号幅值的比值，得到振动传递率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明既可实现卫星的模拟运动，同时采用具有微振动针对性的准零刚度悬吊能够模拟卫星在轨失重状态，可有效模拟卫星在轨运行状态。

(2)本发明可以系统地在地面对卫星上所使用的微振动隔振装置的性能进行测试与考核，进而对卫星相关设备在轨运行状态进行评估。

附图说明

图1为本实施例卫星微振动隔振模拟测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种卫星微振动隔振模拟测量系统，包括：运动小车、卫星、待测隔振系统、被隔振设备、振动测量系统、准零刚度悬吊系统和激振器，待测隔振系统安装在卫星本体上，用于连接被隔振设备并隔离卫星本体的振动传递到被隔振设备处，准零刚度悬吊系统用于悬吊卫星和被隔振设备，模拟零重力状态。

在本实施例中，运动小车上部可以安装准零刚度悬吊系统，下部是轮轨等运动系统，分别模拟卫星在空间中的失重与在轨运动状态。

在本实施例中，卫星可以是真实卫星本体，也可以是模拟的质量块，质量和真实卫星一致，用来代替卫星。通过准零刚度悬吊系统悬吊在运动小车上，模拟在太空中的失重状态，当采用真实卫星时，应该根据卫星质心位置确定悬吊点的位置与数量。

在本实施例中，被隔振设备可以是真实星载设备，如光学载荷，也可以是模拟的质量块，质量和真实星载设备一致，用来代替真实星载设备。被隔振设备通过待测隔振系统连接安装在卫星上，同时通过准零刚度悬吊系统悬吊在运动小车上。

在本实施例中，待测隔振系统是需要进行微振动隔振性能测试与考核的隔振装置，其一端安装在卫星本体上，另一端连接被隔振设备，用于隔离卫星本体的振动对被隔振设备的影响。

在本实施例中，振动测量系统进行一系列振动测量与分析，如振动传递率的测量与分析，通过传感器去测量振动源信号，如：振动的幅值、速度、加速度等，然后测量通过待测振动系统传递到被隔振设备处的振动的幅值、速度、加速度等，对比两者之间的数值，可以得到振动的衰减、而且两者振动幅值的比就是振动传递率。

该振动测量系统可以通过安装在被隔振设备上的传感器，具体的传感器可以采用位移传感器、速度传感器、加速度传感器的任意一种，对被隔振设备上的振动信号进行采集，如振动位移、振动加速度等，通过安装在运动小车框架上的传感系统，对整体系统的全局振动信号进行采集，系统的全局振动信号就是通过传感器进行采集，振动信号包括振动幅值、速度、加速度等，用于对小车扰动的测量和全局对比分析的校正，对比分析和校正是指，小车运动会发出振动信号，这些振动信号都会影响到最终测量分析的准确性，因此需要把这些信号都测量，在最终的分析中把这些干扰振动去除。同时结合激振器发出的振动信号，对待测隔振系统的隔振性能进行分析，通过传感器去测量振动源信号或根据激振器发出的振动信号，如：振动的幅值、速度、加速度等，然后测量通过待测振动系统传递到被隔振设备处的振动的幅值、速度、加速度等，对比两者之间的数值，可以得到振动的衰减、而且两者振动幅值的比就是振动传递率。其中，传感器和激振器的参数将根据具体的试验需求进行选择。

在本实施例中，准零刚度悬吊系统根据所悬吊的卫星和被隔振设备的质量进行零刚度特性的设计，根据卫星的固有频率进行悬吊系统频率的设计。安装在运动小车的上部，有多根悬吊绳将卫星与被隔振设备悬吊在空中，其准零刚度的悬吊特性可以更有效地模拟卫星在太空中的失重状态，其高静低动刚度特性用于微振动测试。

在本实施例中，激振器安装在运动小车上，当卫星使用模拟质量块替代时，用来产生激励力，使得系统振动。当直接针对卫星样机测试时，激振器就是卫星本体中各种振动源，如飞轮等。

本实施例还提供一种卫星微振动隔振模拟测量方法，包括下述步骤：

(1)将卫星和被隔振设备通过待测隔振系统连接安装，同时使用准零刚度悬吊系统悬吊在运动小车上，将传感器安装在被隔振设备和小车框架上，将激振器安装在运动小车上，并作用于卫星；

(2)运动小车在空间平面内运行，带动卫星运动，模拟卫星在空间失重环境下的运行状态；

(3)激振器发出激励力，激励卫星产生振动，该振动将通过待测隔振系统传递到被隔振设备处，振动测量系统中的传感器采集传递到被隔振设备上的振动信号以及整体系统的全局振动信号，包括小车的扰动测量；

(4)振动测量系统将采集的数据进行处理，分析待测隔振系统的隔振性能，通过传感器去测量振动源信号或根据激振器发出的振动信号，如：振动的幅值、速度、加速度等，然后测量通过待测振动系统传递到被隔振设备处的振动的幅值、速度、加速度等，对比两者之间的数值，可以得到振动的衰减，计算两者振动幅值的比值，得到振动传递率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，包括运动小车、卫星、待测隔振系统、被隔振设备、振动测量系统、准零刚度悬吊系统和激振器；

所述运动小车与激振器连接，所述激振器与卫星连接，所述卫星与待测隔振系统连接，所述待测隔振系统与被隔振设备连接，所述卫星与所述被隔振设备均悬吊在准零刚度悬吊系统上，所述振动测量系统分别与被隔振设备、激振器连接；

所述运动小车模拟卫星在空间中的失重与在轨运动状态，所述待测隔振系统隔离卫星的振动传递到被隔振设备处，所述准零刚度悬吊系统模拟零重力状态，所述振动测量系统分别测量激振器与被隔振设备的振动信号，对比激振器与被隔振设备的振动信号，得到振动的衰减，计算激振器与被隔振设备的振动信号幅值的比值，得到振动传递率。

2.根据权利要求1所述的卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，所述卫星采用卫星本体或者卫星模拟模块，所述卫星模拟模块的质量与真实的卫星本体质量相等。

3.根据权利要求1所述的卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，所述被隔振设备采用星载设备或者星载设备模拟模块，所述星载设备模拟模块的质量与真实的星载设备质量相等。

4.根据权利要求1所述的卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，所述振动测量系统上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集被隔振设备和激振器上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

5.根据权利要求1所述的卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，所述被隔振设备上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集被隔振设备上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

6.根据权利要求1所述的卫星微振动隔振模拟测量系统，其特征在于，所述运动小车上设有传感器，所述传感器采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器的任意一种，用于采集运动小车上的振动幅值、振动速度或者振动加速度。

7.根据权利要求1-6任一项所述卫星微振动隔振模拟测量系统的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

运行小车带动卫星在在空间平面内运行，模拟卫星在空间失重环境下的运行状态；

激振器发出激励力，激励卫星产生振动，所述振动通过待测隔振系统传递到被隔振设备；

振动测量系统测量通过待测振动系统传递到被隔振设备的振动信号、整体系统的全局振动信号，所述全局振动信号包括运动小车的振动信号和激振器的振动信号；

所述振动测量系统分析待测隔振系统的隔振性能，去除运动小车的振动信号，对比激振器与被隔振设备的振动信号，得到振动的衰减，计算激振器与被隔振设备的振动信号幅值的比值，得到振动传递率。

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