CN1967280A - 星载磁场波动分析仪用的三分量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，包括：3个棒形磁芯、线轴、线圈、套管、正六面体框架、铝支架、绝热膜外罩、插接件和绝热膜接地线；所述正六面体框架上有三对相互正交的螺纹孔，所述棒形磁芯插入线轴内，线轴的外表面环绕有螺线管形式线圈，在螺线管形式线圈外封装一套管，三个套管分别插入正六面体框架上的三对螺纹孔中固定；所述铝支架安装在正六面体框架的底面上，将正六面体框架连接到星载磁场波动分析仪上；所述绝热膜外罩包敷在套管和正六面体框架的外面。本发明的优点：各部件及整体结构强度高，可承受恶劣的发射振动；结构合理，由简单的机加工成形，机械误差小；适合恶劣的空间环境。

Description

星载磁场波动分析仪用的三分量传感器

技术领域

本发明涉及一种空间科学卫星磁场波动分析仪传感器天线，特别涉及一种装设于伸出卫星体外专用伸杆顶端上的传感器天线的星载磁场波动分析仪的三分量传感器。

背景技术

由于星载磁场波动分析仪具备较高灵敏度，其传感器天线需要远离干扰源特别是卫星星体的设备干扰，因此星上传感器天线通常安装在垂直伸出卫星主体表面之外的一根长伸杆的顶端。例如，1997年ESA发射的CLUSTERII卫星和2003年中欧合作发射的双星TC-1上的磁场波动分析仪(STAFF)的传感器天线均安装在距卫星表面约3米的伸杆顶端上。安装传感器天线的伸杆由两段组成，中部绞接，在卫星正常工作之前，伸杆一直呈折叠状，靠几个支架固定在卫星上，其中一个支架距离安装传感器的伸杆顶端约0.75米。由于磁场波动分析仪传感器天线的伸杆较细，伸杆的长、径比(L/D)达100。因此，在火箭起飞时伸杆会将卫星受到振动加倍放大，特别是在天线一伸杆系统的共振频率附近，传感器天线将承受卫星几倍大的剧烈振动。在某些频段振动加速度达到40g以上，振动幅度也很大。这样大的加速度和振幅会在极短的时间内损坏传感器天线的结构和表面热绝缘膜等部件。

发明内容

本发明的目的是为了防止在火箭起飞时伸杆会将卫星受到振动加倍放大，大的加速度和振幅会在极短的时间内损坏传感器天线的结构和表面热绝缘膜等部件；从而提供一种不仅能在低温、高真空、抗静电、强辐射(照)等恶劣的空间环境中长期稳定地工作，也能承受诸如卫星发射时的40g振动加速度的强烈震动的、结构简单、尤其适合星载磁场波动分析仪的三分量传感器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，包括：3个棒形磁芯2、线轴1、线圈、套管13、正六面体框架12、铝支架14、绝热膜外罩8、插接件9和绝热膜接地线；所述正六面体框架12上有三对相互正交的螺纹孔30，所述棒形磁芯2插入线轴1内，线轴1的外表面环绕有螺线管形式线圈，在螺线管形式线圈外封装一套管13，三个套管13分别插入正六面体框架12上的三对螺纹孔30中固定；所述铝支架14安装在正六面体框架12的底面上，再将正六面体框架12安装到伸杆顶端的传感器天线专用支架上；所述绝热膜外罩8包敷在套管13和正六面体框架12的外面。

上述技术方案中，所述的棒形磁芯2由坡莫合金材料制成。

上述技术方案中，所述的套管13包括套管本体35和端盖22，其中套管本体35由中间段33和两个由中心向两侧渐细的圆锥形段25组成，两个圆椎形段25分别在中间段33的两侧，在中间段33和圆锥形段25之间有外螺纹，所述外螺纹与正六面体框架12上的螺纹孔30螺合固定；套管本体35一端封闭，一端开口，所述端盖22与套管本体35的开口端相连，靠近套管本体35封闭端的圆锥形段25与中间段33的交界处还有方形的固定片17。

上述技术方案中，所述的正六面体框架12的每个面上有一条棱条29，所述螺纹孔30位于该棱条上。

所述的固定片17设有孔37，该孔37与棱条29上的通孔36通过开口销38，实现套管13与正六面体框架12的锁定。

上述技术方案中，所述的铝支架14由4根边框18组成的正四边形框架，每根边框18的两侧上分别开有安装孔28，和一个边框18的一中部开有断开缺口39，形成非闭合框架结构；四个安装脚19包括一块金属板，其金属板中心开有中心安装孔27，安装脚19与两侧相邻的边框18通过垂直向三角形连接片34，每个连接片34上各有对应正六面体框架12底部上的孔安装在框架的四角。

所述的四个安装脚19和所述的插接件9伸出绝热膜外罩8。

本发明的优点在于：

1.结构合理，可采用简单的机加工成形，机械误差小；

2.各部件及整体结构强度高，可承受恶劣的发射振动；

3.三分量线圈机械固定强度高，安装精度尺寸受振动影响小；

4.整体框架结构、工程塑料和多层绝热膜外罩适合恶劣的空间环境；

5.正六面体框架和多层绝热膜外罩均有效地降低带电粒子的静电影响。

附图说明

图1是卫星磁场波动分析仪三分量传感器的三维侧视图；

图2是卫星磁场波动分析仪三分量传感器的线轴1和磁芯2的三维视图；

图3是卫星磁场波动分析仪三分量传感器中央的正六面体框架12的三维视图；

图4是卫星磁场波动分析仪三分量传感器的套管13的三维视图；

图5是卫星磁场波动分析仪三分量传感器的铝支架14的三维视图；

图6是卫星磁场波动分析仪三分量传感器包裹绝热膜外罩8的三维视图。

图面说明

1   线轴           2  棒形磁芯       3   线槽          4  压线端盖       5  外螺纹

6   内孔           7  挡片           8   外罩          9  插接件         10  四棱锥型体

11  正六面体       12  正六面体框架  13  套管          14  铝支架

15  薄片           16  六面体框架12的框边棱条          17  固定片

18  正四边形薄片框 19  安装脚        20  螺钉          21  通孔

22  端盖           23  螺纹          24  开口螺纹端    25  圆锥形段

26  圆形空穴       27  安装孔        28  薄片框        18  上的安装孔

29  棱条           30  螺纹孔        31  连接片        32  底面

33  套管13的中间段                   34  垂直向三角形连接片

35  套管13的本体                     36  正六面体框架12上的通孔

37  固定片17上的通孔                 38  开口销        39  断开缺口

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明的星载磁场波动分析仪上的三分量传感器主要由9种部件组成，它们是：棒形磁芯2、线轴1、螺线管线圈、套管13、用于固定套管13的正六面体框架12、铝支架14、绝热膜外罩8、插接件9和绝热膜接地线。

代表三个波分量的三组螺线管形感应线圈密绕在长径比约为23∶1的线轴1上，线轴1的总长度为275毫米，与线轴1长度相同的由坡莫合金材料制成的棒形磁芯2全部插入线轴1的内孔6内，再将绕制好线圈的线轴1插入并封装到套管13内，同时将感应线圈和反馈线圈的四根引线由套管13的引线通孔引出。三根套管13均靠其中间段33两侧的螺纹23拧进到作为传感器中央主结构的正六面体框架12上的三对相互正交的螺纹孔30中，并由开口销38穿过正六面体框架12上的通孔36和固定片17上的通孔37将套管13锁定。三根套管13间的相互垂直间距为45毫米。三根套管13的对称中心位于正六面体框架12的底面32的几何中心垂直向上约40毫米处。正六面体框架12的底面32装有一个在正四边形四角各有一个安装脚19的环形铝支架14，安装脚19与底面32平行，安装脚19上有安装孔27。

考虑到传感器要承受40g正旋振动及低温环境等引起的结构变形等诸多问题，以及重量限制和静电积累等，套管13和正六面体框架12结构需要特别考虑。套管13的两侧段25表面成远端外径渐缩的圆锥体、正六面体框架12的三维尺度适当加大、减薄正六面体框架12的棱条及减少棱条数量，使正六面体框架12的长度尺寸达到套管13的40％。由于套管13靠其中间段33两侧的螺纹23拧进正六面体框架12壁上的三对螺纹孔30中，此时套管13与正六面体框架12已成为一个结构强度极高的整体。

传感器整体由多层的航天专用的绝热膜制成的外罩8包裹。如图6所示，外罩8按传感器整体结构的轮廓与尺度缝合成一个有33个表面的袋子，具有不对称的六个四棱锥型体10和位于中部的正六面体11的多面体形状。每块绝热膜上铆结有接地线引出，再将传感器整体装入外罩8内，缝合即可。外罩8的六个四棱锥型体10的顶端由套管13两端的顶端方形薄片15支撑。环形铝支架14的四个安装脚19和插接件9伸出外罩8。

线轴1、套管13和正六面体框架12均由工程塑料制成。如图2所示，线轴1的内孔6的直径为9毫米，外孔直径为12毫米，其绕线段长265毫米，螺线管线圈由直径为0.12毫米的漆包线绕制，每组线圈由感应线圈和反馈线圈两部分构成，感应线圈18500匝，反馈线圈850匝，两种线圈的四根引线经线槽3由线轴一端引出，再用压线端盖4压紧固定后从压线端盖4的中心孔引出。压线端盖4靠其内螺纹与线轴1一端圆形挡片7上的外螺纹5紧固，外螺纹5的尺寸为M15×0.5毫米，长4毫米，线轴1的另一端挡片7的直径为15毫米，厚度为2毫米，压线端盖4的外径和长度分别为18毫米和6毫米，其内螺纹的尺寸为M15×0.5毫米，螺纹长4毫米。

如图4所示，套管13由两部件组成，即套管本体35和端盖22，本体35有一个两段不同尺寸的同轴的中心孔，中心孔尺寸为：内直径15.1毫米、深270毫米，本体35靠开口螺纹端24处一段的内径较大，该段的尺寸为：内径Φ20毫米、深6毫米，以容纳线轴1的压线端盖4。套管本体35中心孔的总长276毫米，其底部打通，有直径为6毫米的通孔21。套管13的两端设有尺寸为40×40×2毫米的顶端方形薄片15以便支撑绝热膜外罩8。套管13的外径和长度分别为Φ19--Φ22毫米和290毫米。套管13的外径分为3段，长约120毫米的中间段33和两个圆锥形段25。中间段33的直径为22毫米，中间段33的两侧均有约10毫米长的外螺纹M24×0.75毫米，套管13两侧均有长约80毫米的圆锥形段25，圆锥形段25的外径从22毫米降到端部的19毫米，开口螺纹端24有5毫米长的外螺纹M22×0.75毫米；端盖22的内螺纹、外径、长度和内螺纹孔深分别为M22×0.75、24毫米、9毫米和5毫米。感应线圈和反馈线圈的四根引线经端盖22的中心孔21引出。套管13两端设有尺寸为Φ16毫米×3毫米的圆形空穴26，其底部中心设有直径为6毫米的同轴通孔21。靠近套管本体35封闭底端的圆锥形段25与中间段33交界处有尺寸40×40×2.5毫米的方形固定片17，固定片17上有固定用通孔37。

如图3所示，三维框架12是一个正方形六面体的整体结构，由工程塑料热模压成型或大尺寸的整块塑料原材料机加工制成，三维尺寸为128×128×128毫米，除六面体框架12的框边棱条16外，每个表面仅设一条棱条29，棱条29含有用于固定贯穿此面而过的套管13的螺纹孔30，螺纹孔30的尺寸是M24×0.75毫米，螺纹孔30边缘宽度不小于7毫米，距螺纹孔30壁边缘约5毫米处有直径为4毫米的通孔36用于穿开口销38，通孔36与固定片17上的通孔37对应。棱条16的断面尺寸为8×8毫米，棱条29的断面尺寸为10×8毫米，宽边平行于12的表面。正六面体框架12的底面32四边框装有一个铝支架14，由M5×10毫米的镙钉20固定，其中底面的四角各有一支，侧面每角处二支。

如图5所示，正四边形的铝支架14的外形尺寸为150×150×13.5毫米，四个安装脚19的尺寸为12×12×4.5毫米，四个安装脚19中心上各有一个直径为5毫米的安装孔27。铝支架14的正四边形薄边框18的尺寸大小以容下正六面体框架12为准，每个薄边框18的断面尺寸为9×2.5毫米，每个薄边框18上各有相距85毫米的两个直径为5毫米的安装孔28。其中一个薄框18中部开有3毫米宽的断开缺口39，使薄框18的环形薄框成非电闭合结构。安装脚19与两侧相邻薄边框18间设有厚度为1.5毫米的垂直向三角形连结片34和水平向三角形连结片。此外，在铝支架14的底面的四角处保留有尺寸为18×18×1.5毫米三角形连结片31，其上各有一个对应正六面体框架12底部的直径为5毫米安装孔，四个安装孔位于90×90毫米的正四边顶点上。

Claims (7)

1、一种星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，包括：3个棒形磁芯(2)、线轴(1)、线圈、套管(13)、正六面体框架(12)、铝支架(14)、绝热膜外罩(8)、插接件(9)和绝热膜接地线；其特征在于，所述正六面体框架(12)上有三对相互正交的螺纹孔(30)，所述棒形磁芯(2)插入线轴(1)内，线轴(1)的外表面环绕有螺线管形式线圈，在螺线管形式线圈外封装一套管(13)，三个套管(13)分别插入正六面体框架(12)上的三对螺纹孔(30)中固定；所述铝支架(14)安装在正六面体框架(12)的底面上，将正六面体框架(12)连接到星载磁场波动分析仪上；所述绝热膜外罩(8)包敷在套管(13)和正六面体框架(12)的外面。

2、根据权利要求1所述的星载磁场波动分析仪上的三分量传感器，其特征在于，所述的棒形磁芯(2)由坡莫合金材料制成。

3、根据权利要求1所述的星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，其特征在于，所述的套管(13)包括套管本体(35)和端盖(22)，其中套管本体(35)由中间段(33)和两个由中心向两侧渐细的圆锥形段(25)组成，两个圆椎形段(25)分别在中间段(33)的两侧，在中间段(33)和圆锥形段(25)之间有外螺纹，所述外螺纹与正六面体框架(12)上的螺纹孔(30)螺合固定；套管本体(35)一端封闭，一端开口，所述端盖(22)与套管本体(35)的开口端相连，靠近套管本体(35)封闭端的圆锥形段(25)与中间段(33)的交界处还有方形的固定片(17)。

4、根据权利要求1所述的星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，其特征在于，所述的正六面体框架(12)的每个面上有一条棱条(29)，所述螺纹孔(30)位于该棱条上。

5、根据权利要求3和4所述的星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，其特征在于，所述的固定片(17)设有孔(37)，该孔(37)与棱条(29)上的通孔(36)通过开口销(38)，实现套管(13)与正六面体框架(12)的锁定。

6、根据权利要求1所述的星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，其特征在于，所述的铝支架(14)由4根边框(18)组成的正四边形框架，每根边框(18)的两侧上分别开有安装孔(28)，和一个边框(18)的一中部设有断开缺口(39)，形成非闭合框架结构；四个安装脚(19)包括一块金属板，其金属板中心开有中心安装孔(27)，安装脚(19)与两侧相邻的边框(18)通过垂直向三角形连接片(34)，每个连接片(34)上各有对应正六面体框架(12)底部上的孔安装在框架的四角。

7、根据权利要求6所述的星载磁场波动分析仪用的三分量传感器，其特征在于，所述的四个安装脚(19)和所述的插接件(9)伸出绝热膜外罩(8)。

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