JPH116759A - 微小重力環境用微小振動検知装置 - Google Patents

微小重力環境用微小振動検知装置

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JPH116759A
JPH116759A JP16109897A JP16109897A JPH116759A JP H116759 A JPH116759 A JP H116759A JP 16109897 A JP16109897 A JP 16109897A JP 16109897 A JP16109897 A JP 16109897A JP H116759 A JPH116759 A JP H116759A
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JP
Japan
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vibration
measurement object
computer
detector
receiver
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Withdrawn
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JP16109897A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kawasaki
秀一 川崎
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検知器自身や検知器の支持物のダンピング特
性等の影響を受けることがなく微小重力環境における物
体の微小振動を高精度で検知することができる装置を実
現する。 【解決手段】 計測対象11に向けてエネルギ14を照
射する送信器8とその反射エネルギ14を受信する受信
器9が設けられ微小重力環境に浮遊する微小振動検知器
1と、上記送信器8へエネルギ照射指令を出力し受信器
9より反射エネルギ信号を入力して計測対象11の微小
振動を算出するコンピュータ5を備えたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙ステーショ
ン、人工衛星、宇宙航行機、微小重力環境システム等の
微小重力環境の任意位置における任意物体の振動計測に
適用される微小重力環境用微小振動検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、宇宙ステーション、スペースシャ
トル等の宇宙ミッションを用いた各種の実験や通信サー
ビスが提供されている。この宇宙ミッションの最重要課
題の1つとして、微小重力(μ−G:例えば、1×10
-5G以下)環境下における物体の振動の把握があげられ
る。
【0003】従来の上記のような微小重力環境(宇宙空
間等)における物体の振動の検知においては、図7に示
すように、振動計測装置01に接続された振動センサ0
2(3次元加速度センサ等)を計測対象である振動体0
3に固定して行うのが一般であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の微小重力環境に
おける振動検出においては、前記のように振動センサを
計測対象に固定して行うのが一般的であったが、場所的
制約から取付けるセンサの個数に限度があったり、セン
サ自身やセンサの支持物のダンピング特性により計測対
象の振動を正確に計測できないことがある等の課題があ
った。
【0005】特に、固有のダンピング特性を有する物体
に支持された振動子の動きを計測することにより計測対
象の振動を測定する場合、検出振動の周波数等に制限が
あり、微小重力環境では振動検出ができない場合がある
という課題があった。
【0006】本発明は、上記の課題を解決し、微小重力
環境(宇宙空間等におけるスペースシャトル等の与圧環
境、又は曝露環境)において、超高精度の振動計測を可
能としようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の微小重力環境用
微小振動検知装置は、計測対象に向けてエネルギを照射
する送信器と計測対象からの反射エネルギを受信する受
信器が設けられ微小重力環境にて浮遊する微小振動検知
器、および上記送信器へエネルギ照射指令を出力し受信
器より反射エネルギ信号を入力して計測対象の微小振動
を算出するコンピュータを備えたことを特徴としてい
る。
【0008】上記において、コンピュータからの指令を
入力すると、送信器は計測対象に向けてエネルギを照射
し、計測対象による反射エネルギが受信器により受信さ
れ、受信器は反射エネルギ信号をコンピュータに入力
し、コンピュータはこの信号より微小振動検知器を基準
とした時々刻々変化する計測対象の位置を演算により求
める。
【0009】この演算により求められる計測対象の位置
は、微小振動検知器に対する計測対象の相対的な移動と
計測対象の微小振動により連続して変化するものである
が、上記相対的移動による移動速度の変化は、微小振動
に比べて周波数が低いため、前者は容易に取り除くこと
ができ、これを除去することにより、計測対象の微小振
動を検出することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る微小
振動検知装置について、図1乃至図3により説明する。
なお、本実施形態は、微小重力環境下にある宇宙ステー
ションを計測対象とした振動計測に適用されたものであ
る。
【0011】図1に示す本実施形態に係る微小振動検知
装置は、微小重力環境で浮遊する微小振動検知器1、お
よび宇宙ステーション15に固定されたテレメトリ・デ
ータ受信装置12と表示装置13を備えている。
【0012】上記微小振動検知器1は、収納ボックス2
と、この収納ボックス2内に収納されたサンプリングユ
ニット4とコンピュータ5と表示装置6と3台のレーザ
照射器8と3台のレーザ受信器9と電源部10とテレメ
トリ・データ送信装置11を備えており、それぞれの装
置は以下のように接続されている。
【0013】即ち、それぞれのレーザ受信器9とサンプ
リングユニット4の間、サンプリングユニット4とコン
ピュータ5の間、およびコンピュータ5とそれぞれのレ
ーザ照射器8、表示装置6及びテレメトリ・データ送信
装置9の間はそれぞれ同軸ケーブル、ツイストケーブル
又は光ファイバ等からなる伝送路3により接続され、電
源部10とサンプリングユニット4、コンピュータ5、
表示装置6、レーザ照射器8、レーザ受信器9、及びテ
レメトリ・データ送信装置11の間は電源線7により接
続されている。なお、上記コンピュータ5とサンプリン
グユニット4は一体化が可能であり、またコンピュータ
5は計測対象側に配置することも可能である。
【0014】上記において、それぞれのレーザ照射器8
は、図2に示すように電源コントローラが設けられてお
り、コンピュータ5より伝送された指令に基づいてこの
電源コントローラが開閉してレーザ光14を放射する。
【0015】このレーザ光14の計測対象によるそれぞ
れの反射光14はそれぞれのレーザ受信器9により受光
され、それぞれの受光信号がサンプリングユニット4を
介してコンピュータ5へ伝送され、コンピュータ5はレ
ーザ光が照射された計測対象の位置を演算により求め
る。
【0016】上記コンピュータ5により求められる計測
対象の位置は、計測対象が振動する場合、微小振動検知
器1が空間に浮遊状態にあるため、計測対象の振動と、
微小振動検知器1に対する計測対象の相対的な移動によ
り変化する。
【0017】この場合、上記計測対象の位置について、
X軸方向の変位量をX1、Y軸方向の変位量をY1、及
びZ軸方向の変位量をZ1とすると、それぞれの変位量
X1,Y1,及びZ1は、図3に示す計測対象の振動成
分ΔX1,ΔY1,ΔZ1に微小振動検知器2と計測対
象の移動にもとづく相対的移動速度VX1,VY1,V
Z1の変化による変位量が加わったものである。
【0018】上記相対的移動速度VX1,VY1,VZ
1の変化は低周波数の振動のため、コンピュータ5はこ
れをX1,Y1,Z1から取除くことによりΔX1,Δ
Y1,ΔZ1を求めることができ、このΔX1,ΔY
1,ΔZ1より計測対象の加速度、振幅、周波数等を算
出し、この演算結果を表示装置6に表示するとともにテ
レメトリ・データ送受信装置11,12を介して表示装
置13へ伝送して表示する。
【0019】上記により、微小重力環境下における計測
対象の任意の部位の微小な運動を高精度で検出すること
が可能となった。なお、上記微小振動検知器2は、レー
ザ光14を用いたものであるが、レーザ照射器8及びレ
ーザ受信器9に替えて任意周波数の光、電磁波、又は音
波等を発受信する発信器及び受信器を用いることによ
り、任意周波数の光、電磁波、又は音波等を用いた微小
振動検知器とすることも可能である。
【0020】上記微小振動検知装置は、宇宙実験等にお
いて有害な微小振動を検知するだけでなく、無重力状態
に近い微小重力環境(μ−G環境と称され、10-5以下
に規定されている)の破壊の程度及び要因等の検知もコ
ンピュータにより行われるものであり、以下にその詳細
を図4乃至図6により説明する。
【0021】図4には、コンピュータ5による一連のシ
ステム解析のフローが示されており、まず、ブロック
(a)にて、各種規準、例えば、図5に示す振動の規定
に基づいて、振動の初期閾値を設定する。
【0022】次に、ブロック(c)に示すクルーの作
業、各種モータの駆動、スペースシャトルの接合、メテ
オロイドやデブリの衝突等の有害振動発生要因により生
じる振動を微小振動検知器1で検知し、スペクトル分布
を求める。次に、作成されたスペクトル分布と初期閾値
をブロック(b)に示されるように重ね合わせ、合成デ
ータを得る。
【0023】ブロック(b)で生成された合成データ
は、ブロック(d)にてメモリに蓄えられるとともにブ
ロック(e)へ送られ、ブロック(e)では検出した振
動スペクトルと初期閾値を比較する等して振動の主要因
を抽出する。
【0024】具体的には、合成データのうちの突出部の
スペクトルを検出し、各スペクトルを有する振動の主要
因を特定する。抽出された振動要因は、微小振動検知器
1上の表示装置6又は宇宙ステーション11に設けられ
た表示装置13に表示され、クルーに示される。
【0025】上記抽出された振動要因については、ブロ
ック(f)で演算が行われ、この演算結果に基づいて、
ブロック(g)が制御量の調整、有害振動の要因となっ
ている機器の運転制御の指令、要因となっているクルー
の運動や機器の運転を調整する指令を出力する。また、
ブロック(h)にてμ−Gに関する関連アクチュエータ
の制御が行われ、ワーニングを発する。
【0026】図6には、上記システムのソフトウェアの
フローと構成が示されている。図6において、A部はデ
ータ入力部分を示し、微小振動検知器1による振動デー
タの検出及びミッションスケジュール(スペースシャト
ルの運行予定、ドッキング等)、モータ等のシステム内
の振動源の状況を示すデータを入力し、チェック及び整
理する。
【0027】B部は、スペクトル解析、振動モード解析
を行い、要因の分類、閾値カーブの作成を行う。また、
B部は、後述するC部よりフィードバックされたデータ
を検討するとともに新しい閾値カーブを作成(計算)
し、そのデータを記憶装置に記憶させる。
【0028】C部は、B部の要因分析及び閾値カーブに
基づいて、警報又はアクチュエータの稼働の度合いを判
断するとともにそのデータを保存する。また、C部で
は、判断結果に基づいて、振動要因源の運転を調整し
(例えば、モータやポンプの回転を下げる)、アクティ
ブ制御用のアクチュエータの制御量を設定し、警報を発
令する。
【0029】更に、C部では、A部で入力したミッショ
ン・スケジュールデータを元にフィードフォワード制御
が行われ、予定されたスケジュールに従って発生すると
予想される振動を減少させるためにアクチュエータ等を
制御する。
【0030】このソフトウェアの学習・予測機能によ
り、このシステムの地上での開発時に検証することがで
きない宇宙環境についても、宇宙への打上げ後に学習す
ることができ、学習による集積データを経験値としてシ
ステムに応用することができ、システム性能を宇宙空間
で向上させることができる。また、地上又は航空機等に
設置された微小重力環境システムにおいても、微小重力
環境を破壊する有害振動の発生原因を特定し、低減する
ことができる。
【0031】
【発明の効果】本発明の微小重力環境用微小振動検知装
置は、計測対象に向けてエネルギを照射する送信器とそ
の反射エネルギを受信する受信器が設けられ微小重力環
境に浮遊する微小振動検知器と、上記送信器へエネルギ
照射指令を出力し受信器より反射エネルギ信号を入力し
て演算を行うコンピュータを備えたものとしたことによ
って、コンピュータが計測対象と微小振動検知器の相対
的変位を求め、この変位より低周波数で変化する計測対
象と微小振動検知器の移動にもとづく相対的移動速度に
よる変位を除去して微小振動を求めるため、従来の振動
センサを計測対象に固定して行う振動検知のように支持
物のダンピング特性等の影響を受けることがなく、計測
対象の微小振動を正確に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る微小振動検知装置
の説明図で、(a)は全体図、(b)は微小振動検知器
の詳細説明図である。
【図2】上記一実施形態に係る微小振動検知器の機能ブ
ロック図である。
【図3】上記一実施形態に係る変位の説明図である。
【図4】上記一実施形態に係るコンピュータによるシス
テム解析のフロー図である。
【図5】上記一実施形態に係る振動の規定の説明図であ
る。
【図6】上記一実施形態に係るシステムのソフトウェア
のフロー図である。
【図7】従来の微小振動検知の説明図である。
【符号の説明】
1 微小振動検知器 2 収納ボックス 3 伝送路 4 サンプリングユニット 5 コンピュータ 6 表示装置 7 電源線 8 レーザ照射器 9 レーザ受信器 10 電源部 11 テレメトリ・データ送信装置 12 テレメトリ・データ受信装置 13 表示装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 計測対象に向けてエネルギを照射する送
    信器と計測対象からの反射エネルギを受信する受信器が
    設けられ微小重力環境にて浮遊する微小振動検知器、お
    よび上記送信器へエネルギ照射指令を出力し受信器より
    反射エネルギ信号を入力して計測対象の微小振動を算出
    するコンピュータを備えたことを特徴とする微小重力環
    境用微小振動検知装置。
JP16109897A 1997-06-18 1997-06-18 微小重力環境用微小振動検知装置 Withdrawn JPH116759A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102023051A (zh) * 2010-09-29 2011-04-20 北京控制工程研究所 一种测量星上有效载荷三轴角位移高频微振动的方法
CN110514286A (zh) * 2019-07-22 2019-11-29 北京空间机电研究所 一种遥感卫星相机光轴微振动测量方法
CN110967056A (zh) * 2019-12-19 2020-04-07 广东韶钢松山股份有限公司 振动位移传感器计量装置、双功能计量装置及计量方法

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