一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法
【專利摘要】一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、六分量八傳感器擾振力測試臺、轉(zhuǎn)接板、加速度傳感器、相機(jī)快門裝置及其控制器以及顯示器組成。相機(jī)快門裝置通過轉(zhuǎn)接板安裝在六分量八傳感器測試臺上，同時(shí)根據(jù)測試要求在相機(jī)快門上布置加速度傳感器。相機(jī)快門工作時(shí)會對六分量八傳感器擾振力測試臺產(chǎn)生微小擾動。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集六分量八傳感器擾振力測試臺八個(gè)傳感器信號并通過一系列的計(jì)算以得到擾振力，同時(shí)還采集加速度傳感器的信號以得到加速度。
【專利說明】一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相機(jī)快門微振動測試方法，可用于對航天器相機(jī)快門裝置微小擾動載荷在六個(gè)自由度上的振動信號進(jìn)行動態(tài)測量。
【背景技術(shù)】
[0002]相機(jī)快門是衛(wèi)星成像的主要器件，用于控制曝光時(shí)間的長短。由于質(zhì)量不平衡，軸承制造缺陷以及電機(jī)噪聲等原因，快門對星體產(chǎn)生周期性和寬帶微小擾振力，這些擾振力經(jīng)過它們內(nèi)部動態(tài)特性的調(diào)制和放大，會對遙感衛(wèi)星(GF-4)的光路指向精度和穩(wěn)定度產(chǎn)生較大影響。考慮到快門裝置安裝在成像裝置附近，這種影響就顯得尤為重要?？扉T擾振模型建立時(shí)需要考慮的因素比較多，如轉(zhuǎn)速、軸承碰撞諧波及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)動態(tài)特性、安裝結(jié)構(gòu)動態(tài)特性影響等，使得其模型的建立、標(biāo)定和檢驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)碾y度。
[0003]由于航天器擾動源的擾動很小，個(gè)別有效載荷如動量輪在空間三個(gè)方向只能產(chǎn)生幾十毫牛頓甚至幾毫牛頓的微弱擾動，要想在具有相對強(qiáng)烈干擾背景噪音的地面實(shí)驗(yàn)室中測量此類擾動十分困難，而其對應(yīng)傳感器的精度要求非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相機(jī)快門微振動測試方法，測量并分析航天器相機(jī)快門裝置在空間六個(gè)自由度上的動態(tài)特性，為提高航天器的姿態(tài)控制精度和加強(qiáng)航天器的安全設(shè)計(jì)提供可靠的測試數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，包括相機(jī)快門、六邊形轉(zhuǎn)接板、六分量八傳感器擾振力測試臺、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；六分量八傳感器擾振力測試臺通過六邊形轉(zhuǎn)接板與相機(jī)快門相連；數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)與六分量八傳感器擾振力測試臺相連；所述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)；六分量八傳感器擾振力測試臺測量得到相機(jī)快門運(yùn)行中的微振動數(shù)據(jù)，并送至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到相機(jī)快門的擾振力。
[0006]還包括加速度傳感器，用于測量相機(jī)快門擾振時(shí)的加速度。
[0007]所述的數(shù)據(jù)采集模塊為LMS公司的LMS SCAND III數(shù)據(jù)采集模塊。
[0008]一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)的測試方法，步驟如下:
[0009]I)將標(biāo)定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺上，用螺栓將其擰緊；標(biāo)定盤是一個(gè)正方形鋁盤，所述標(biāo)定盤四個(gè)側(cè)面上各自均布有3個(gè)敲擊點(diǎn)，上表面上布有4個(gè)敲擊點(diǎn)，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺連接；
[0010]2)用力錘依次敲擊標(biāo)定盤上的16個(gè)敲擊點(diǎn)，并采集力錘的時(shí)域信號、敲擊每個(gè)點(diǎn)時(shí)六分量八傳感器擾振力測試臺的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)；
[0011]3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)獲得標(biāo)定矩陣；
[0012]4)拆下標(biāo)定盤；
[0013]5)將相機(jī)快門通過六邊形轉(zhuǎn)接板安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺上，并用螺栓擰緊；
[0014]6)相機(jī)快門通電開始工作；
[0015]7)六分量八傳感器擾振力測試臺對相機(jī)快門進(jìn)行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)采集相機(jī)快門工作時(shí)的電壓時(shí)域信號；
[0016]8)將步驟7)得到的電壓時(shí)域信號進(jìn)行傅里葉變換得到電壓的頻域信號；
[0017]9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標(biāo)定矩陣相乘得到相機(jī)快門擾動力的頻域信號;
[0018]10)將步驟9)得到的相機(jī)快門擾動力的頻域信號進(jìn)行反傅里葉變換可以得到擾動力的時(shí)域信號，即完成對微振動信號的處理。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)本發(fā)明通過八個(gè)普通壓電傳感器的合理布置，從而使得六個(gè)自由度的微擾動信號可以利用現(xiàn)有的單向壓電力傳感器來測量，克服了缺少高精度三向傳感器的問題，使得測量精度大大提高。同時(shí)，本發(fā)明所采用高精度加速度傳感器可以提高加速度測試精度。
[0021](2)本發(fā)明測量裝置和被測量試件分離，不需要在被測試件上安裝附加設(shè)備和傳感器，不影響被測試件的動態(tài)特性，不損傷被測試件結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)完畢后試件還可以正常使用。
[0022](3)本發(fā)明通過合理調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)了信號的放大并可以進(jìn)行具有較大質(zhì)量擾動源的實(shí)際運(yùn)行條件下的精確測量，提高了測量的可靠性。
[0023](4)本發(fā)明的擾動源可以置于測量系統(tǒng)內(nèi)部或外部，提高了測量系統(tǒng)的適應(yīng)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明標(biāo)定點(diǎn)位置示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，包括相機(jī)快門3、加速度傳感器4、六邊形轉(zhuǎn)接板2、六分量八傳感器擾振力測試臺1、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5 ;六分量八傳感器擾振力測試臺I通過六邊形轉(zhuǎn)接板2與相機(jī)快門3相連；外部控制器與相連相機(jī)快門3，對相機(jī)快門3的開關(guān)進(jìn)行控制；數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5與六分量八傳感器擾振力測試臺I相連；六分量八傳感器擾振力測試臺I測量得到相機(jī)快門3運(yùn)行中的微振動數(shù)據(jù)，并送至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5進(jìn)行分析處理，得到相機(jī)快門3的擾振力。
[0028]所述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5由LMS公司的LMS SCAND III數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)組成。
[0029]加速度傳感器4可以根據(jù)需要布置測試各處微振動情況，各傳感器通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5連接，該物理仿真處理系統(tǒng)可以精確測量相機(jī)快門3微小振動源的擾動力，并且測量的可靠性高。
[0030]六邊形轉(zhuǎn)接板2和六分量八傳感器擾振力測試臺I中間均留有螺紋孔，使得六邊形轉(zhuǎn)接板2與六分量八傳感器擾振力測試臺I之間通過螺栓固連在一起。[0031]如圖3所示，本發(fā)明提供了相機(jī)快門微振動信號處理方法，所述的電壓信號測量是在六分量八傳感器擾振力測試臺I上進(jìn)行，步驟如下:
[0032]I)將標(biāo)定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺I上，用螺栓將其擰緊；標(biāo)定盤是一個(gè)正方形鋁盤，如圖2所示，標(biāo)定盤四個(gè)側(cè)面上各自均布有3個(gè)敲擊點(diǎn)，上表面上布有4個(gè)敲擊點(diǎn)，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺I連接；六分量八傳感器擾振力測試臺I是由八個(gè)單向壓電傳感器組成，其中四個(gè)壓電傳感器沿水平方向布置，保證能夠測試沿水平方向的兩個(gè)擾動力和繞垂直方向的擾動力矩；另外四個(gè)壓電傳感器沿垂直方向布置，保證能夠測試沿垂直方向的擾動力和繞水平方向的兩個(gè)擾動力矩。
[0033]2)用力錘依次敲擊標(biāo)定盤上的16個(gè)敲擊點(diǎn)，并采集力錘的時(shí)域信號、敲擊每個(gè)點(diǎn)時(shí)六分量八傳感器擾振力測試臺I的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)；
[0034]3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)計(jì)算標(biāo)定矩陣；
[0035]4)拆下標(biāo)定盤；
[0036]5)將相機(jī)快門3安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺I上，用螺栓擰緊；
[0037]6)相機(jī)快門3通電開始工作；
[0038]7)六分量八傳感器擾振力測試臺I對相機(jī)快門3進(jìn)行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)5米集相機(jī)快門3工作時(shí)的電壓時(shí)域信號；
[0039]8)將步驟7)得到的電壓時(shí)域信號進(jìn)行傅里葉變換得到電壓的頻域信號；
[0040]9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標(biāo)定矩陣相乘得到相機(jī)快門3擾動力的頻域
信號;`
[0041]10)將步驟9)得到的相機(jī)快門3擾動力的頻域信號進(jìn)行反傅里葉變換可以得到擾動力的時(shí)域信號，即完成對微振動信號的處理。
[0042]首先應(yīng)該求得相應(yīng)的標(biāo)定矩陣W(co)，整體標(biāo)定矩陣實(shí)際上是八個(gè)壓電力傳感器的響應(yīng)信號與作用在等效中心點(diǎn)的載荷之間的頻響函數(shù)矩陣。在本方法中，等效中心為八分量傳感器裝置的負(fù)載盤上表面的中心點(diǎn)，在此中心點(diǎn)直接施加三個(gè)平動力和三個(gè)力矩有困難，本文在假設(shè)負(fù)載盤為剛體的基礎(chǔ)上，安裝一個(gè)剛度很高的標(biāo)定臺，并選擇如圖所示的16個(gè)加載點(diǎn)。根據(jù)空間力系平衡理論可知，利用選擇的16個(gè)加載點(diǎn)能等效出作用在負(fù)載盤幾何中心的三個(gè)平動力和三個(gè)力矩；圖2中O點(diǎn)為負(fù)載盤上表面的中心點(diǎn)，表1列出了圖中各參數(shù)的值。
[0043]表1標(biāo)定點(diǎn)位置參數(shù)
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:包括相機(jī)快門(3)、六邊形轉(zhuǎn)接板(2)、六分量八傳感器擾振力測試臺(I)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(5);六分量八傳感器擾振力測試臺(I)通過六邊形轉(zhuǎn)接板(2 )與相機(jī)快門(3 )相連；數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(5 )與六分量八傳感器擾振力測試臺(I)相連；所述的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(5)包括數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)；六分量八傳感器擾振力測試臺(I)測量得到相機(jī)快門(3)運(yùn)行中的微振動數(shù)據(jù)，并送至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(5)進(jìn)行分析處理，得到相機(jī)快門(3)的擾振力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:還包括加速度傳感器(4 )，用于測量相機(jī)快門(3 )擾振時(shí)的加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集模塊為LMS公司的LMS SCAND III數(shù)據(jù)采集模塊。
4.一種相機(jī)快門微振動物理仿真測試處理系統(tǒng)的測試方法，其特征在于步驟如下: .1)將標(biāo)定盤安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺(I)上，用螺栓將其擰緊；標(biāo)定盤是一個(gè)正方形鋁盤，所述標(biāo)定盤四個(gè)側(cè)面上各自均布有3個(gè)敲擊點(diǎn)，上表面上布有4個(gè)敲擊點(diǎn)，下表面與六分量八傳感器擾振力測試臺(I)連接； .2)用力錘依次敲擊標(biāo)定盤上的16個(gè)敲擊點(diǎn)，并采集力錘的時(shí)域信號、敲擊每個(gè)點(diǎn)時(shí)六分量八傳感器擾振力測試臺(I)的輸出電壓信號，得到頻響函數(shù)； . 3)通過步驟2)得到的頻響函數(shù)獲得標(biāo)定矩陣； .4)拆下標(biāo)定盤； . 5 )將相機(jī)快門(3 )通過六邊形轉(zhuǎn)接板(2 )安裝在六分量八傳感器擾振力測試臺(I)上，并用螺栓擰緊； .6)相機(jī)快門(3)通電開始工作； . 7)六分量八傳感器擾振力測試臺(I)對相機(jī)快門(3)進(jìn)行測試，并通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(5)米集相機(jī)快門(3)工作時(shí)的電壓時(shí)域信號； .8)將步驟7)得到的電壓時(shí)域信號進(jìn)行傅里葉變換得到電壓的頻域信號； .9)將步驟8)得到的電壓頻域信號與標(biāo)定矩陣相乘得到相機(jī)快門(3)擾動力的頻域信號; . 10)將步驟9)得到的相機(jī)快門(3)擾動力的頻域信號進(jìn)行反傅里葉變換可以得到擾動力的時(shí)域信號，即完成對微振動信號的處理。
【文檔編號】G03B43/02GK103472669SQ201310446505
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】楊文濤, 程偉, 李果, 李雪, 王成倫, 韓偉, 劉鳳晶, 趙煜, 王光遠(yuǎn), 沈中 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京航空航天大學(xué)