CN116105920A - 在线柜用耦合式可更换压差传感器组件及空间操作箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在线柜用耦合式可更换压差传感器组件及空间操作箱，在线柜用耦合式可更换压差传感器组件包括安装底座、多个压差传感器以及装配板，多个压差传感器分别装配在装配板上；安装底座的两侧面分别为箱体连接面和传感器连接面，箱体连接面中部设有用于与箱体侧壁限位卡接的限位凸台，装配板可拆卸安装在传感器连接面上；安装底座开设有用于与箱体外部环境连通的连接通道，多个压差传感器分别与连接通道连通。由于在线柜的操作箱体的箱体操作空间有限，采用本发明的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，通过将多个压差传感器耦合在装配板和安装底座上，能够保证力学过程中高可靠的前提下，多个传感器具备可更换的设计要求。

Description

在线柜用耦合式可更换压差传感器组件及空间操作箱

技术领域

本发明涉及空间在线柜相关技术领域，具体涉及一种在线柜用耦合式可更换压差传感器组件及空间操作箱。

背景技术

随着载人航天技术的发展，在外太空建立长期有人居住和工作的环境成为人类航天事业的重心。国际空间站的后勤补给相对任何以往人类的自然探索活动来说都是十分昂贵和不易的，未来在月球和火星上建立基地面临的后勤问题更为严峻，尤其是应对突发事件，由地面保障延误带来的损失将无法估量。因此考虑到航天员的主动性，通过给人员提供一系列的工具和技术支持，增强设施的自主维修和保障的能力是解决后勤补给问题的重要措施。

在线维修装调操作柜(以下简称“在线柜”)是一种空间站应用系统规划的科学和技术实验平台，主要为空间站有效载荷提供一个进行在轨故障诊断、中继级维修和手工或机械操作的工作场所。在线柜可利用载人空间站提供的舱内空间环境条件，以及航天员在轨操作、维护、更换能力，基于外部机、电、热、信息、测控等资源约束，开展在轨的维修装调操作与实验研究。

在线维修操作支持单元(以下简称“操作箱”)是在线柜系统的主要功能部件，提供一个大容积、多类型接口、环境可控的密闭工作空间，保证航天员可直接参与一些需要人工的在线操作和科学实验。为保障操作和实验的顺利和安全进行，需要研究将操作箱设计成操作和实验过程可观、可测、可换、可控的系统。可观是指让航天员能通过在线维修操作支持单元的透明面板直接观察到被操作物和操作过程；可测是指利用配置的辅助设备(如三维扫描仪、智能诱导维修单元等)对被操作对象进行初步测量；可换是指在线维修操作支持单元内的装置可以得到更换，并根据操作和实验需要自由组合和拆分；可控是指在线维修操作支持单元内的环境(如光、温、气等)和精细操作(如灵巧机械手的末端精密操作等)过程可控，在线维修操作支持单元内的环境监测以及废气、废弃颗粒物的处理主要由三废处理单元完成。

压差传感器是操作箱内环境监测的一个重要器件。由于操作箱内系统复杂，在有限空间内要布局多类传感器，因此预留给压差传感器的空间十分有限；同时，采用双压差传感器互为验证的设计以保证压差传感器输出数据的准确性；为了保证系统能工作15年，需要对压差传感器进行可更换设计。因此，在有限空间内，设置两个压差传感器，在能够保证力学过程中高可靠的前提下，还要具备可更换的设计要求，针对这种需求，急需提出一种在有限空间内可更换操作的构型设计。

发明内容

本发明为了在有限的空间内，设置一个以上压差传感器，提供了一种在线柜用耦合式可更换压差传感器组件及空间操作箱，在能够保证力学过程中高可靠的前提下，还具备可更换的设计要求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，包括安装底座、多个压差传感器以及装配板，多个所述压差传感器分别装配在所述装配板上；所述安装底座的两侧面分别为箱体连接面和传感器连接面，所述箱体连接面中部设有用于与箱体侧壁限位卡接的限位凸台，所述装配板可拆卸安装在所述传感器连接面上；所述安装底座开设有用于与箱体外部环境连通的连接通道，多个所述压差传感器分别与所述连接通道连通。

本发明的有益效果是：由于在线柜的操作箱体的箱体操作空间有限，采用本发明的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，通过将多个压差传感器耦合在装配板和安装底座上，能够保证力学过程中高可靠的前提下，多个传感器具备可更换的设计要求。通过在箱体连接面中部设置限位凸台，可以与箱体侧壁限位卡接，实现与箱体侧壁的稳定装配。通过在安装底座上设计连接通道，方便将装配在装配板以及安装底座上的压差传感器与外部环境连通，进行压差监控。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述箱体连接面的限位凸台上开设有导通气孔，所述传感器连接面上开设有多个柱塞孔，所述导通气孔以及多个柱塞孔分别与所述连接通道连通，多个所述压差传感器的柱塞一一对应的装配在多个柱塞孔内。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在箱体连接面的限位凸台上设置导通气孔，可以利用柱塞孔以及导通气孔将压差传感器与外部环境连通，进行压差监控。

进一步，所述箱体连接面上开设有用于装配密封圈的环形密封槽，所述环形密封槽环设在所述导通气孔的周侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在箱体连接面上设置环形密封槽，方便对导通气孔四周进行密封。

进一步，所述装配板上背离所述安装底座的一侧面上设有助拔机构，所述助拔机构的顶头与所述安装底座的传感器连接面适配，并用于抵接挤压所述传感器连接面实现装配板远离所述传感器连接面。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置助拔机构，方便将装配板从安装底座上脱出。

进一步，所述助拔机构还包括助拔螺钉和约束螺钉，所述装配板上设有助拔通道，所述助拔螺钉一端螺纹连接在所述助拔通道内且与所述约束螺钉连接，所述顶头间隙配合的套设在所述约束螺钉的头部，并用于在助拔螺钉作用下推出或缩回助拔通道内。

进一步，所述助拔机构与所述压差传感器位于所述装配板的同一侧。

进一步，所述安装底座采用铝合金材质，所述安装底座的传感器连接面上设有与所述顶头适配的不锈钢顶块。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用铝合金材质的安装底座可以起到减重作用，在传感器连接面上设置不锈钢顶块，避免在利用助拔机构拔出柱塞的时候，对安装底座产生划伤。

进一步，所述装配板用于装配压差传感器的一侧面上设有柱塞装配孔，所述压差传感器的柱塞的周侧壁上设有柱塞法兰，所述柱塞法兰从所述装配板朝向所述安装底座的一侧装配在所述柱塞装配孔内，所述柱塞法兰背离所述安装底座的一侧面设有螺纹转接块，所述螺纹转接块套设在所述柱塞的周侧，所述压差传感器的一端套设在所述螺纹转接块和所述柱塞之间的环形间隙中且与所述螺纹转接块螺纹连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置柱塞法兰和螺纹转接块，有利于将柱塞装配在装配板上，并且还能够使多个压差传感器在装配的时候方向一致。

进一步，所述装配板上还设有支撑板，所述支撑板与所述装配板垂直布置，所述压差传感器固定在所述支撑板上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置支撑板，进一步对压差传感器进行定位固定。

空间操作箱，包括所述的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，还包括箱体，所述箱体的内侧壁上开设有装配孔，所述箱体连接面贴合在所述箱体的内侧壁上，且所述限位凸台适配限位在所述装配孔内，所述箱体的外侧壁上设有将所述装配孔覆盖住的过滤网。

本发明的有益效果是：本发明的空间操作箱，方便压差传感器组件的装配，而且通过设置过滤网，还避免杂质进入到连接通道内。

附图说明

图1为本发明在线柜用耦合式可更换压差传感器组件分体状态的立体结构示意图一；

图2为本发明在线柜用耦合式可更换压差传感器组件分体状态的立体结构示意图二；

图3为本发明在线柜用耦合式可更换压差传感器组件分体状态的主视结构示意图；

图4为图3中B-B的剖面结构示意图；

图5为本发明在线柜用耦合式可更换压差传感器组件在箱体内装配的结结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

400、安装底座；401、限位凸台；402、连接通道；403、导通气孔；404、柱塞孔；405、环形密封槽；406、助拔螺钉；407、约束螺钉；408、顶头；409、不锈钢顶块；410、压差传感器；411、柱塞；412、柱塞法兰；413、螺纹转接块；414、装配板；415、支撑板；416、箱体；417、操作孔；418、减重槽；419、柱塞堵头块；420、柱塞工艺孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1～图4所示，本实施例的一种在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，包括安装底座400、多个压差传感器410以及装配板414，多个所述压差传感器410分别装配在所述装配板414上；所述安装底座400的两侧面分别为箱体连接面和传感器连接面，所述箱体连接面中部设有用于与箱体416侧壁限位卡接的限位凸台401，所述装配板414可拆卸安装在所述传感器连接面上；所述安装底座400开设有用于与箱体416外部环境连通的连接通道402，多个所述压差传感器410分别与所述连接通道402连通。由于在线柜的操作箱体的箱体操作空间有限，采用本实施例的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，通过将多个压差传感器耦合在装配板和安装底座上，能够保证力学过程中高可靠的前提下，多个传感器具备可更换的设计要求。通过在箱体连接面中部设置限位凸台，可以与箱体侧壁限位卡接，实现与箱体侧壁的稳定装配。通过在安装底座上设计连接通道，方便将装配在装配板以及安装底座上的压差传感器与外部环境连通，进行压差监控。

如图4所示，本实施例的所述箱体连接面的限位凸台401上开设有导通气孔403，所述传感器连接面上开设有多个柱塞孔404，所述导通气孔403以及多个柱塞孔404分别与所述连接通道402连通，多个所述压差传感器410的柱塞411一一对应的装配在多个柱塞孔404内。通过在箱体连接面的限位凸台上设置导通气孔，可以利用柱塞孔以及导通气孔将压差传感器与外部环境连通，进行压差监控。

如图1所示，本实施例的所述箱体连接面上开设有用于装配密封圈的环形密封槽405，所述环形密封槽405环设在所述导通气孔403的周侧。通过在箱体连接面上设置环形密封槽，方便对导通气孔四周进行密封。

具体的，如图1所示，可在箱体连接面上设置多圈环形密封槽405，在多圈环形密封槽内设置多个密封圈，使箱体连接面通过密封圈压紧在箱体侧壁上，再将安装底座400与箱体侧壁通过螺钉进行固定连接，保证箱体内外的密封，使密封效果更好。

如图1～图4所示，本实施例的所述装配板414上背离所述安装底座400的一侧面上设有助拔机构，所述助拔机构的顶头408与所述安装底座400的传感器连接面适配，并用于抵接挤压所述传感器连接面实现装配板414远离所述传感器连接面。通过设置助拔机构，方便将装配板从安装底座上脱出。

如图1～图4所示，本实施例的所述助拔机构还包括助拔螺钉406和约束螺钉407，所述装配板414上设有助拔通道，所述助拔螺钉406一端螺纹连接在所述助拔通道内且与所述约束螺钉407连接，所述顶头408间隙配合的套设在所述约束螺钉407的头部，并用于在助拔螺钉406作用下推出或缩回助拔通道内。助拔螺钉406的螺钉头部采用标准M5螺钉头，方便扳手操作。顶头与约束螺钉间隙配合，保证顶头不会随助拔螺钉的旋转而旋转。顶头设置在助拔通道内，平时状态收纳在助拔通道内，工作的时候，不会随着助拔螺钉的旋转而旋转，仅仅保留向前方向的推力。

如图1～图4所示，本实施例的所述助拔机构与所述压差传感器410位于所述装配板414的同一侧。具体可在装配板414邻近两端的位置分别设置助拔机构。

如图1～图4所示，本实施例的所述安装底座400采用铝合金材质，所述安装底座400的传感器连接面上设有与所述顶头408适配的不锈钢顶块409。采用铝合金材质的安装底座可以起到减重作用，在传感器连接面上设置不锈钢顶块，避免在利用助拔机构拔出柱塞的时候，对安装底座产生划伤。

如图4所示，本实施例的所述装配板414用于装配压差传感器410的一侧面上设有柱塞装配孔，所述压差传感器410的柱塞411的周侧壁上设有柱塞法兰412，所述柱塞法兰412从所述装配板414朝向所述安装底座400的一侧装配在所述柱塞装配孔内，所述柱塞法兰412背离所述安装底座400的一侧面设有螺纹转接块413，所述螺纹转接块413套设在所述柱塞411的周侧，所述压差传感器410的一端套设在所述螺纹转接块413和所述柱塞411之间的环形间隙中且与所述螺纹转接块413螺纹连接。由于压差传感器的螺纹接口方向无法确定，采用螺纹转接块，将不确定的方向，通过配加工以及转接形式转化为确定的法兰+螺纹孔形式，方便后续装配。通过设置柱塞法兰和螺纹转接块，有利于将柱塞装配在装配板上，并且还能够使多个压差传感器在装配的时候方向一致。

如图1～图4所示，本实施例的所述装配板414上还设有支撑板415，所述支撑板415与所述装配板414垂直布置，所述压差传感器410固定在所述支撑板415上。通过设置支撑板，进一步对压差传感器进行定位固定。

如图2所示，本实施例的安装底座400上还设有多个减重槽418，以利于整体减重。如图4所示，本实施例的装配板414上还开设有与连接通道402连通的柱塞工艺孔420，柱塞工艺孔420内设有通过双O圈密封的柱塞堵头块419。

本实施例的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件的功能是开展空间操作箱内外环境的压差监测，根据监测到的压差数据和预先设定的控制策略，控制充放气阀门的通断，以使空间操作箱内外的压差控制在允许的范围内。一般采用两个压差传感器，即主压差传感器和备用压差传感器，两个压差传感器安装在装配板的相邻位置，保证测量到的压差值尽可能的少受到安装位置的影响。

实施例2

如图5所示，本实施例的空间操作箱，包括所述的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，还包括箱体416，所述箱体416的内侧壁上开设有装配孔，所述箱体连接面贴合在所述箱体416的内侧壁上，且所述限位凸台401适配限位在所述装配孔内，所述箱体416的外侧壁上设有将所述装配孔覆盖住的过滤网。过滤网能够阻止大颗粒多余物进入到压差传感器中，影响测试精度。

具体的，如图5所示，从图5可以看出，压差传感器周围器件很多，而且大多数都是安装之后无法拆卸的，因此空间操作箱内部布局的位置空间十分有限。空间操作箱的箱体416的前侧设有操作孔417，由于操作孔417很小，一般需要单手操作，通过将双压差传感器410集成设置，方便压差传感器组件在箱体416内的装配和更换。操作孔417处一般会设置活动隔板，可将活动隔板打开，即能够从操作孔417处对箱体内的双压差传感器410进行拆装操作。

本实施例的空间操作箱中，压差传感器组件随着在线柜上行，在测试的过程中，若出现两组压差传感器压差值偏差太大，超过一定的预设限值，则认为压差传感器组件需要拆卸，具体拆卸步骤如下：用扳手将空间操作箱的活动隔板拆卸，然后通过操作孔，首先拆除电连接器，再解锁各个松不脱螺钉，此时由于柱塞密封插接在柱塞孔内，阻力较大，航天员无法轻松拔出，需要利用助拔机构，将整个压差传感器组件整体抬升，使整个压差传感器组件取出。拆卸完毕后，需要安装新的压差传感器组件，具体安装步骤如下：取出新的压差传感器组件，辨识处压差传感器拆装组件的R点(如图1所示)，以及压差传感器安装底座的R点(如图2所示)，将两个R点对齐，然后将两个压差传感器上的两组双O柱塞完全插入到压差传感器的安装底座的两组柱塞孔内，然后拧紧松不脱螺钉，安装新的压差传感器组件的电连接器，安装活动隔板即可。

本实施例的空间操作箱，方便压差传感器组件的装配，而且通过设置过滤网，还避免杂质进入到连接通道内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，包括安装底座、多个压差传感器以及装配板，多个所述压差传感器分别装配在所述装配板上；所述安装底座的两侧面分别为箱体连接面和传感器连接面，所述箱体连接面中部设有用于与箱体侧壁限位卡接的限位凸台，所述装配板可拆卸安装在所述传感器连接面上；所述安装底座开设有用于与箱体外部环境连通的连接通道，多个所述压差传感器分别与所述连接通道连通。

2.根据权利要求1所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述箱体连接面的限位凸台上开设有导通气孔，所述传感器连接面上开设有多个柱塞孔，所述导通气孔以及多个柱塞孔分别与所述连接通道连通，多个所述压差传感器的柱塞一一对应的装配在多个柱塞孔内。

3.根据权利要求2所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述箱体连接面上开设有用于装配密封圈的环形密封槽，所述环形密封槽环设在所述导通气孔的周侧。

4.根据权利要求1所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述装配板上背离所述安装底座的一侧面上设有助拔机构，所述助拔机构的顶头与所述安装底座的传感器连接面适配，并用于抵接挤压所述传感器连接面实现装配板远离所述传感器连接面。

5.根据权利要求4所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述助拔机构还包括助拔螺钉和约束螺钉，所述装配板上设有助拔通道，所述助拔螺钉一端螺纹连接在所述助拔通道内且与所述约束螺钉连接，所述顶头间隙配合的套设在所述约束螺钉的头部，并用于在助拔螺钉作用下推出或缩回助拔通道内。

6.根据权利要求4所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述助拔机构与所述压差传感器位于所述装配板的同一侧。

7.根据权利要求4所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述安装底座采用铝合金材质，所述安装底座的传感器连接面上设有与所述顶头适配的不锈钢顶块。

8.根据权利要求1所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述装配板用于装配压差传感器的一侧面上设有柱塞装配孔，所述压差传感器的柱塞的周侧壁上设有柱塞法兰，所述柱塞法兰从所述装配板朝向所述安装底座的一侧装配在所述柱塞装配孔内，所述柱塞法兰背离所述安装底座的一侧面设有螺纹转接块，所述螺纹转接块套设在所述柱塞的周侧，所述压差传感器的一端套设在所述螺纹转接块和所述柱塞之间的环形间隙中且与所述螺纹转接块螺纹连接。

9.根据权利要求1所述在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，其特征在于，所述装配板上还设有支撑板，所述支撑板与所述装配板垂直布置，所述压差传感器固定在所述支撑板上。

10.空间操作箱，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的在线柜用耦合式可更换压差传感器组件，还包括箱体，所述箱体的内侧壁上开设有装配孔，所述箱体连接面贴合在所述箱体的内侧壁上，且所述限位凸台适配限位在所述装配孔内，所述箱体的外侧壁上设有将所述装配孔覆盖住的过滤网。

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