CN111308571A - 一种微重力加速度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微重力加速度测量装置，包括上舱段部分和下舱段部分，上舱段部分包括上舱段金属壳体、上舱段金属盖、数字电路板、金属隔板、模拟电路板、接插件；所述金属隔板将所述上舱段金属壳体内部空间分为上下两层，所述数字电路板位于上层，所述模拟电路板位于下层；所述接插件固定在所述上舱段金属壳体外壁上，并靠近所述数字电路板；所述下舱段部分包括下舱段金属壳体、下舱段金属盖、三个微重力加速度传感器；所述三个微重力加速度传感器两两正交安装于所述下舱段金属壳体的三个内侧面上。本发明通过合理的机械结构设计与舱内布局，具有体积小、空间利用率高、便于传感器调试和隔热以及利于电路散热的优点。

Description

一种微重力加速度测量装置

技术领域

本发明属于机械设计领域，更具体地，涉及一种微重力加速度测量装置。

背景技术

微重力环境是指在重力的作用下，系统的表观重量远小于其实际重量的环境。随着航天技术的发展，微重力科学与应用已成为高科技发展中的一个非常重要的方面，研究微重力科学就是为人类迈入月球、火星等深空，做好相关科学知识的储备。

而微重力级别的加速度值的测定，为航天器的运动控制和微重力控制提供加速度数据，从而确保航天器正常飞行，对于众多科学实验及航空研究也非常重要。

目前我国还未开展相关微重力加速度测量技术，而航天器有限的搭载体积也限制了相关高精度装置的使用，因此有必要提供一种体积较小但空间利用率高的微重力加速度测量装置。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种微重力加速度测量装置，其空间利用率高，体积较小，可实时检测空间三个正交方向的微重力加速度水平，为航天器的运动控制和微重力控制提供加速度数据，同时也为未来空间高精度微重力加速度测量技术提供技术储备。

为实现上述目的，本发明提供了一种微重力加速度测量装置，包括上舱段部分和下舱段部分，所述上舱段部分和所述下舱段部分通过螺纹连接固定；

所述上舱段部分包括上舱段金属壳体、上舱段金属盖、数字电路板、金属隔板、模拟电路板、接插件；所述金属隔板将所述上舱段金属壳体内部空间分为上下两层，所述数字电路板位于上层，所述模拟电路板位于下层；所述接插件固定在所述上舱段金属壳体外壁上，并靠近所述数字电路板；

所述下舱段部分包括下舱段金属壳体、下舱段金属盖、三个微重力加速度传感器；所述三个微重力加速度传感器两两正交安装于所述下舱段金属壳体的三个内侧面上；所述三个微重力加速度传感器的输出端连接所述模拟电路板的输入端、所述模拟电路板的输出端连接所述数字电路板的输入端、所述数字电路板的输出端连接所述接插件，所述接插件用于所述装置内外信号传输。

进一步地，所述下舱段金属壳体三个侧面上均设有四个矩形沟槽，形成十字形加强筋，且每个矩形沟槽内设有一通孔，用于安装所述微重力加速度传感器。

进一步地，所述下舱段金属壳体另一侧面设有一个侧面凸台，底面四个角均设有一个底部凸台；所述侧面凸台和所述底部凸台为垂直关系，作为安装所述装置的基准面。

进一步地，所述下舱段金属盖与下舱段金属壳体搭接一侧设有止口。

进一步地，所述上舱段金属壳体四个侧面均设有栅格状沟槽，从而增大所述装置与空气的接触面积。

进一步地，所述上舱段金属盖顶部四个角上均设有一个锥形沉头孔，使得连接所述上舱段金属盖和所述上舱段金属壳体的螺丝的头部不高于周围表面。

进一步地，所述下舱段金属盖四个角均设置有安装孔，紧固件穿过所述安装孔将所述上舱段金属壳体、所述下舱段金属盖与下舱段金属壳体固定连接。

进一步地，所述装置长105mm，宽95mm，高115mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明提供的微重力加速度测量装置，通过合理的机械结构设计与舱内布局，具有体积小，空间利用率高的优点，将三个微重力加速度传感器两两正交安装于下舱段金属壳体的三个内侧面上，使传感器的机械联接可靠，能有效保证传感器的正常工作环境；

(2)本发明在下舱段金属壳体三个安装微重力加速度传感器的侧面设有四个矩形沟槽，形成十字形加强筋，在确保固定传感器的螺丝的头部不高于周围表面的同时，能够增大结构体刚度；并且在保证了机械强度的前提下，增大了下舱段金属壳体与空气的接触面积，利于散热；

(3)本发明在上舱段金属盖顶部四个角上均设有一个锥形沉头孔，使得连接上舱段金属盖和上舱段金属壳体的螺丝的头部不高于周围表面，进一步减小了整个装置的体积；

(4)本发明在上舱段金属壳体四个侧面均设有栅格状沟槽，从而增大装置与空气的接触面积，利于散热；

(5)本发明通过止口设计，增大接触与导热，且增强了电磁屏蔽效果并保证了装置的密封性。

附图说明

图1为本发明提供的微重力加速度测量装置的立体结构示意图；

图2为本发明提供的上舱段金属壳体剖面示意图；

图3为本发明提供的下舱段金属壳体顶视示意图；

图4为本发明提供的下舱段金属盖仰视示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1是上舱段金属壳体；2是下舱段金属盖；3是下舱段金属壳体；4是下舱段金属壳体侧面凸台；5是下舱段金属壳体底部凸台；6是上舱段金属盖；7是接插件；8是栅格状沟槽；9是下舱段金属壳体侧面矩形沟槽；10是沟槽9内用于传感器安装的通孔；11是数字电路板；12是金属隔板；13是模拟电路板；14是用于信号传输的通孔；15是X轴微重力加速度传感器；16是Y轴微重力加速度传感器；17是Z轴微重力加速度传感器；18是矩形通孔；19是止口设计；20是安装孔。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明提供的微重力加速度测量装置的立体结构示意图，包括上舱段部分和下舱段部分。

上舱段部分包括上舱段金属盖6、上舱段金属壳体1、数字电路板11、金属隔板12、模拟电路板13、接插件7、栅格状沟槽8。

上舱段金属壳体1中间以金属隔板12分为上下两层，如图2所示，上层为数字电路板11，主要包括电源模块，传感器数据采集模块，数据处理模块以及通信模块等，中间是金属隔板12，下层为模拟电路板13，集成有三个微重力加速度计的电容位移传感电路，反馈控制电路以及片上集成温度传感器的读出电路，金属隔板12上设有通孔14，用于模拟电路板13与数字电路板11之间信号传输；接插件7固定在上舱段金属壳体1外壁上，并靠近所述数字电路板11，用于装置内外信号传输。

上舱段金属壳体1四个侧面均设有栅格状沟槽8，从而增大装置与空气的接触面积，利于散热；上舱段金属盖6顶部四个角上均设有一个锥形沉头孔，使得连接上舱段金属盖6和上舱段金属壳体1的螺丝的头部不高于周围表面，有利于缩小整个装置的体积。

下舱段部分包括下舱段金属盖2、下舱段金属壳体3、X轴微重力加速度传感器15，Y轴微重力加速度传感器16，Z轴微重力加速度传感器17、矩形沟槽9。

图3为本发明提供的下舱段金属壳体顶视示意图，下舱段金属壳体3三个侧面上均设有四个矩形沟槽9，形成十字形加强筋，且每个矩形沟槽内设有一通孔10，用于将微重力加速度传感器机械固联在下舱段金属壳体3三个内侧面上，通过调整三个微重力加速度传感器敏感轴的朝向，保证三个微重力加速度传感器的敏感轴两两正交；另外一个侧面上设有一个矩形凸台4，限定平面度与粗糙度，作为安装基准面，保证整个测量装置的失准角在可接受范围内；下舱段金属壳体3底部设有四个凸台5，同样限定粗糙度与平面度，作为下底部的安装基准面，凸台5底部均设有螺纹孔；上舱段部分与下舱段部分通过螺纹连接固联在一起，再通过凸台5底部螺纹孔安装在航天器内。

图4为本发明提供的下舱段金属盖仰视示意图，下舱段金属盖2四个角均设置有安装孔20，与下舱段金属壳体3搭接一侧设有止口19，止口设计增大了接触与导热，并保证了装置的密封性；下舱段金属盖2顶部设有三个矩形通孔18，用于电源及信号的传输。

本发明提供的微重力加速度测量装置可以达到长度为105mm，宽度为95mm，高度为115mm，具有空间利用率高、体积较小的优点。

具体的，微重力加速度传感器包括硅基弹簧振子敏感结构芯片(片上集成有温度传感器)、永磁体、前放电路、安装结构体，弹簧振子敏感结构芯片是由深硅刻蚀工艺一体化加工而成；模拟电路板13包括电容位移传感电路，反馈控制电路、片上集成温度传感器的读出电路；数字电路板11包括电源模块，数据采集模块，数据处理模块、通信模块；当航天器在预定轨道飞行时，微重力加速度传感器15、16、17敏感航天器的加速度变化，转化为振子的位移，通过电容位移传感技术和微弱信号检测技术将振子的位移转换为成比例的电压信号，再经过位于数字电路板11上的数据采集模块、数据处理模块，最后通过通信模块，将所测得的微重力加速度信号实时发送出去。

此外，本发明提供的微重力加速度测量装置还包括一套下位机软件和上位机软件，下位机软件主要运行ADC采集配置和微重力加速度传感器工作模式的程序控制；上位机软件主要实现核心参数配置以及可视化数据图像显示及存储功能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微重力加速度测量装置，其特征在于，包括上舱段部分和下舱段部分，所述上舱段部分和所述下舱段部分通过螺纹连接固定；

所述上舱段部分包括上舱段金属壳体(1)、上舱段金属盖(6)、数字电路板(11)、金属隔板(12)、模拟电路板(13)、接插件(7)；

所述金属隔板(12)将所述上舱段金属壳体(1)内部空间分为上下两层，所述数字电路板(11)位于上层，所述模拟电路板(13)位于下层；所述接插件(7)固定在所述上舱段金属壳体(1)外壁上，并靠近所述数字电路板(11)；

所述下舱段部分包括下舱段金属壳体(3)、下舱段金属盖(2)、三个微重力加速度传感器；

所述三个微重力加速度传感器两两正交安装于所述下舱段金属壳体(3)的三个内侧面上；所述三个微重力加速度传感器的输出端连接所述模拟电路板(13)的输入端、所述模拟电路板(13)的输出端连接所述数字电路板(11)的输入端、所述数字电路板(11)的输出端连接所述接插件(7)，所述接插件(7)用于所述装置内外信号传输。

2.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述下舱段金属壳体(3)三个侧面上均设有四个矩形沟槽(9)，形成十字形加强筋，且每个矩形沟槽内设有一通孔(10)，用于安装所述微重力加速度传感器。

3.如权利要求2所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述下舱段金属壳体(3)另一侧面设有一个侧面凸台(4)，底面四个角均设有一个底部凸台(5)；所述侧面凸台(4)和所述底部凸台(5)为垂直关系，作为安装所述装置的基准面。

4.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述下舱段金属盖(2)与下舱段金属壳体(3)搭接一侧设有止口(19)。

5.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述上舱段金属壳体(1)四个侧面均设有栅格状沟槽(8)，从而增大所述装置与空气的接触面积。

6.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述上舱段金属盖(6)顶部四个角上均设有一个锥形沉头孔，使得连接所述上舱段金属盖(6)和所述上舱段金属壳体(1)的螺丝的头部不高于周围表面。

7.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述下舱段金属盖(2)四个角均设置有安装孔(20)，紧固件穿过所述安装孔(20)将所述上舱段金属壳体(1)、所述下舱段金属盖(2)与下舱段金属壳体(3)固定连接。

8.如权利要求1所述的微重力加速度测量装置，其特征在于，所述装置长105mm，宽95mm，高115mm。

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