專利名稱：星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間科學(xué)衛(wèi)星磁場波動分析儀傳感器天線，特別涉及一種裝設(shè)于伸出衛(wèi)星體外專用伸桿頂端上的傳感器天線的星載磁場波動分析儀的三分量傳感器。
背景技術(shù)：
由于星載磁場波動分析儀具備較高靈敏度，其傳感器天線需要遠離干擾源特別是衛(wèi)星星體的設(shè)備干擾，因此星上傳感器天線通常安裝在垂直伸出衛(wèi)星主體表面之外的一根長伸桿的頂端。例如，1997年ESA發(fā)射的CLUSTERII衛(wèi)星和2003年中歐合作發(fā)射的雙星TC-1上的磁場波動分析儀(STAFF)的傳感器天線均安裝在距衛(wèi)星表面約3米的伸桿頂端上。安裝傳感器天線的伸桿由兩段組成，中部絞接，在衛(wèi)星正常工作之前，伸桿一直呈折疊狀，靠幾個支架固定在衛(wèi)星上，其中一個支架距離安裝傳感器的伸桿頂端約0.75米。由于磁場波動分析儀傳感器天線的伸桿較細，伸桿的長、徑比(L/D)達100。因此，在火箭起飛時伸桿會將衛(wèi)星受到振動加倍放大，特別是在天線一伸桿系統(tǒng)的共振頻率附近，傳感器天線將承受衛(wèi)星幾倍大的劇烈振動。在某些頻段振動加速度達到40g以上，振動幅度也很大。這樣大的加速度和振幅會在極短的時間內(nèi)損壞傳感器天線的結(jié)構(gòu)和表面熱絕緣膜等部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了防止在火箭起飛時伸桿會將衛(wèi)星受到振動加倍放大，大的加速度和振幅會在極短的時間內(nèi)損壞傳感器天線的結(jié)構(gòu)和表面熱絕緣膜等部件；從而提供一種不僅能在低溫、高真空、抗靜電、強輻射(照)等惡劣的空間環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作，也能承受諸如衛(wèi)星發(fā)射時的40g振動加速度的強烈震動的、結(jié)構(gòu)簡單、尤其適合星載磁場波動分析儀的三分量傳感器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，包括3個棒形磁芯2、線軸1、線圈、套管13、正六面體框架12、鋁支架14、絕熱膜外罩8、插接件9和絕熱膜接地線；所述正六面體框架12上有三對相互正交的螺紋孔30，所述棒形磁芯2插入線軸1內(nèi)，線軸1的外表面環(huán)繞有螺線管形式線圈，在螺線管形式線圈外封裝一套管13，三個套管13分別插入正六面體框架12上的三對螺紋孔30中固定；所述鋁支架14安裝在正六面體框架12的底面上，再將正六面體框架12安裝到伸桿頂端的傳感器天線專用支架上；所述絕熱膜外罩8包敷在套管13和正六面體框架12的外面。
上述技術(shù)方案中，所述的棒形磁芯2由坡莫合金材料制成。
上述技術(shù)方案中，所述的套管13包括套管本體35和端蓋22，其中套管本體35由中間段33和兩個由中心向兩側(cè)漸細的圓錐形段25組成，兩個圓椎形段25分別在中間段33的兩側(cè)，在中間段33和圓錐形段25之間有外螺紋，所述外螺紋與正六面體框架12上的螺紋孔30螺合固定；套管本體35一端封閉，一端開口，所述端蓋22與套管本體35的開口端相連，靠近套管本體35封閉端的圓錐形段25與中間段33的交界處還有方形的固定片17。
上述技術(shù)方案中，所述的正六面體框架12的每個面上有一條棱條29，所述螺紋孔30位于該棱條上。
所述的固定片17設(shè)有孔37，該孔37與棱條29上的通孔36通過開口銷38，實現(xiàn)套管13與正六面體框架12的鎖定。
上述技術(shù)方案中，所述的鋁支架14由4根邊框18組成的正四邊形框架，每根邊框18的兩側(cè)上分別開有安裝孔28，和一個邊框18的一中部開有斷開缺口39，形成非閉合框架結(jié)構(gòu)；四個安裝腳19包括一塊金屬板，其金屬板中心開有中心安裝孔27，安裝腳19與兩側(cè)相鄰的邊框18通過垂直向三角形連接片34，每個連接片34上各有對應(yīng)正六面體框架12底部上的孔安裝在框架的四角。
所述的四個安裝腳19和所述的插接件9伸出絕熱膜外罩8。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.結(jié)構(gòu)合理，可采用簡單的機加工成形，機械誤差??；2.各部件及整體結(jié)構(gòu)強度高，可承受惡劣的發(fā)射振動；3.三分量線圈機械固定強度高，安裝精度尺寸受振動影響小；4.整體框架結(jié)構(gòu)、工程塑料和多層絕熱膜外罩適合惡劣的空間環(huán)境；5.正六面體框架和多層絕熱膜外罩均有效地降低帶電粒子的靜電影響。


圖1是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器的三維側(cè)視圖；圖2是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器的線軸1和磁芯2的三維視圖；圖3是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器中央的正六面體框架12的三維視圖；圖4是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器的套管13的三維視圖；圖5是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器的鋁支架14的三維視圖；圖6是衛(wèi)星磁場波動分析儀三分量傳感器包裹絕熱膜外罩8的三維視圖。
圖面說明1 線軸 2 棒形磁芯 3 線槽 4 壓線端蓋 5 外螺紋6 內(nèi)孔 7 擋片 8 外罩 9 插接件 10 四棱錐型體11 正六面體 12 正六面體框架 13 套管 14 鋁支架15 薄片 16 六面體框架12的框邊棱條 17 固定片18 正四邊形薄片框 19 安裝腳20 螺釘 21 通孔22 端蓋 23 螺紋 24 開口螺紋端25 圓錐形段26 圓形空穴 27 安裝孔28 薄片框18 上的安裝孔29 棱條 30 螺紋孔31 連接片32 底面33 套管13的中間段 34 垂直向三角形連接片35 套管13的本體 36 正六面體框架12上的通孔37 固定片17上的通孔 38 開口銷39 斷開缺口具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。
本發(fā)明的星載磁場波動分析儀上的三分量傳感器主要由9種部件組成，它們是棒形磁芯2、線軸1、螺線管線圈、套管13、用于固定套管13的正六面體框架12、鋁支架14、絕熱膜外罩8、插接件9和絕熱膜接地線。
代表三個波分量的三組螺線管形感應(yīng)線圈密繞在長徑比約為23∶1的線軸1上，線軸1的總長度為275毫米，與線軸1長度相同的由坡莫合金材料制成的棒形磁芯2全部插入線軸1的內(nèi)孔6內(nèi)，再將繞制好線圈的線軸1插入并封裝到套管13內(nèi)，同時將感應(yīng)線圈和反饋線圈的四根引線由套管13的引線通孔引出。三根套管13均靠其中間段33兩側(cè)的螺紋23擰進到作為傳感器中央主結(jié)構(gòu)的正六面體框架12上的三對相互正交的螺紋孔30中，并由開口銷38穿過正六面體框架12上的通孔36和固定片17上的通孔37將套管13鎖定。三根套管13間的相互垂直間距為45毫米。三根套管13的對稱中心位于正六面體框架12的底面32的幾何中心垂直向上約40毫米處。正六面體框架12的底面32裝有一個在正四邊形四角各有一個安裝腳19的環(huán)形鋁支架14，安裝腳19與底面32平行，安裝腳19上有安裝孔27。
考慮到傳感器要承受40g正旋振動及低溫環(huán)境等引起的結(jié)構(gòu)變形等諸多問題，以及重量限制和靜電積累等，套管13和正六面體框架12結(jié)構(gòu)需要特別考慮。套管13的兩側(cè)段25表面成遠端外徑漸縮的圓錐體、正六面體框架12的三維尺度適當(dāng)加大、減薄正六面體框架12的棱條及減少棱條數(shù)量，使正六面體框架12的長度尺寸達到套管13的40％。由于套管13靠其中間段33兩側(cè)的螺紋23擰進正六面體框架12壁上的三對螺紋孔30中，此時套管13與正六面體框架12已成為一個結(jié)構(gòu)強度極高的整體。
傳感器整體由多層的航天專用的絕熱膜制成的外罩8包裹。如圖6所示，外罩8按傳感器整體結(jié)構(gòu)的輪廓與尺度縫合成一個有33個表面的袋子，具有不對稱的六個四棱錐型體10和位于中部的正六面體11的多面體形狀。每塊絕熱膜上鉚結(jié)有接地線引出，再將傳感器整體裝入外罩8內(nèi)，縫合即可。外罩8的六個四棱錐型體10的頂端由套管13兩端的頂端方形薄片15支撐。環(huán)形鋁支架14的四個安裝腳19和插接件9伸出外罩8。
線軸1、套管13和正六面體框架12均由工程塑料制成。如圖2所示，線軸1的內(nèi)孔6的直徑為9毫米，外孔直徑為12毫米，其繞線段長265毫米，螺線管線圈由直徑為0.12毫米的漆包線繞制，每組線圈由感應(yīng)線圈和反饋線圈兩部分構(gòu)成，感應(yīng)線圈18500匝，反饋線圈850匝，兩種線圈的四根引線經(jīng)線槽3由線軸一端引出，再用壓線端蓋4壓緊固定后從壓線端蓋4的中心孔引出。壓線端蓋4靠其內(nèi)螺紋與線軸1一端圓形擋片7上的外螺紋5緊固，外螺紋5的尺寸為M15×0.5毫米，長4毫米，線軸1的另一端擋片7的直徑為15毫米，厚度為2毫米，壓線端蓋4的外徑和長度分別為18毫米和6毫米，其內(nèi)螺紋的尺寸為M15×0.5毫米，螺紋長4毫米。
如圖4所示，套管13由兩部件組成，即套管本體35和端蓋22，本體35有一個兩段不同尺寸的同軸的中心孔，中心孔尺寸為內(nèi)直徑15.1毫米、深270毫米，本體35靠開口螺紋端24處一段的內(nèi)徑較大，該段的尺寸為內(nèi)徑Φ20毫米、深6毫米，以容納線軸1的壓線端蓋4。套管本體35中心孔的總長276毫米，其底部打通，有直徑為6毫米的通孔21。套管13的兩端設(shè)有尺寸為40×40×2毫米的頂端方形薄片15以便支撐絕熱膜外罩8。套管13的外徑和長度分別為Φ19--Φ22毫米和290毫米。套管13的外徑分為3段，長約120毫米的中間段33和兩個圓錐形段25。中間段33的直徑為22毫米，中間段33的兩側(cè)均有約10毫米長的外螺紋M24×0.75毫米，套管13兩側(cè)均有長約80毫米的圓錐形段25，圓錐形段25的外徑從22毫米降到端部的19毫米，開口螺紋端24有5毫米長的外螺紋M22×0.75毫米；端蓋22的內(nèi)螺紋、外徑、長度和內(nèi)螺紋孔深分別為M22×0.75、24毫米、9毫米和5毫米。感應(yīng)線圈和反饋線圈的四根引線經(jīng)端蓋22的中心孔21引出。套管13兩端設(shè)有尺寸為Φ16毫米×3毫米的圓形空穴26，其底部中心設(shè)有直徑為6毫米的同軸通孔21?？拷坠鼙倔w35封閉底端的圓錐形段25與中間段33交界處有尺寸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。
如圖3所示，三維框架12是一個正方形六面體的整體結(jié)構(gòu)，由工程塑料熱模壓成型或大尺寸的整塊塑料原材料機加工制成，三維尺寸為128×128×128毫米，除六面體框架12的框邊棱條16外，每個表面僅設(shè)一條棱條29，棱條29含有用于固定貫穿此面而過的套管13的螺紋孔30，螺紋孔30的尺寸是M24×0.75毫米，螺紋孔30邊緣寬度不小于7毫米，距螺紋孔30壁邊緣約5毫米處有直徑為4毫米的通孔36用于穿開口銷38，通孔36與固定片17上的通孔37對應(yīng)。棱條16的斷面尺寸為8×8毫米，棱條29的斷面尺寸為10×8毫米，寬邊平行于12的表面。正六面體框架12的底面32四邊框裝有一個鋁支架14，由M5×10毫米的鏍釘20固定，其中底面的四角各有一支，側(cè)面每角處二支。
如圖5所示，正四邊形的鋁支架14的外形尺寸為150×150×13.5毫米，四個安裝腳19的尺寸為12×12×4.5毫米，四個安裝腳19中心上各有一個直徑為5毫米的安裝孔27。鋁支架14的正四邊形薄邊框18的尺寸大小以容下正六面體框架12為準，每個薄邊框18的斷面尺寸為9×2.5毫米，每個薄邊框18上各有相距85毫米的兩個直徑為5毫米的安裝孔28。其中一個薄框18中部開有3毫米寬的斷開缺口39，使薄框18的環(huán)形薄框成非電閉合結(jié)構(gòu)。安裝腳19與兩側(cè)相鄰薄邊框18間設(shè)有厚度為1.5毫米的垂直向三角形連結(jié)片34和水平向三角形連結(jié)片。此外，在鋁支架14的底面的四角處保留有尺寸為18×18×1.5毫米三角形連結(jié)片31，其上各有一個對應(yīng)正六面體框架12底部的直徑為5毫米安裝孔，四個安裝孔位于90×90毫米的正四邊頂點上。
權(quán)利要求
1.一種星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，包括3個棒形磁芯(2)、線軸(1)、線圈、套管(13)、正六面體框架(12)、鋁支架(14)、絕熱膜外罩(8)、插接件(9)和絕熱膜接地線；其特征在于，所述正六面體框架(12)上有三對相互正交的螺紋孔(30)，所述棒形磁芯(2)插入線軸(1)內(nèi)，線軸(1)的外表面環(huán)繞有螺線管形式線圈，在螺線管形式線圈外封裝一套管(13)，三個套管(13)分別插入正六面體框架(12)上的三對螺紋孔(30)中固定；所述鋁支架(14)安裝在正六面體框架(12)的底面上，將正六面體框架(12)連接到星載磁場波動分析儀上；所述絕熱膜外罩(8)包敷在套管(13)和正六面體框架(12)的外面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載磁場波動分析儀上的三分量傳感器，其特征在于，所述的棒形磁芯(2)由坡莫合金材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，其特征在于，所述的套管(13)包括套管本體(35)和端蓋(22)，其中套管本體(35)由中間段(33)和兩個由中心向兩側(cè)漸細的圓錐形段(25)組成，兩個圓椎形段(25)分別在中間段(33)的兩側(cè)，在中間段(33)和圓錐形段(25)之間有外螺紋，所述外螺紋與正六面體框架(12)上的螺紋孔(30)螺合固定；套管本體(35)一端封閉，一端開口，所述端蓋(22)與套管本體(35)的開口端相連，靠近套管本體(35)封閉端的圓錐形段(25)與中間段(33)的交界處還有方形的固定片(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，其特征在于，所述的正六面體框架(12)的每個面上有一條棱條(29)，所述螺紋孔(30)位于該棱條上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，其特征在于，所述的固定片(17)設(shè)有孔(37)，該孔(37)與棱條(29)上的通孔(36)通過開口銷(38)，實現(xiàn)套管(13)與正六面體框架(12)的鎖定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，其特征在于，所述的鋁支架(14)由4根邊框(18)組成的正四邊形框架，每根邊框(18)的兩側(cè)上分別開有安裝孔(28)，和一個邊框(18)的一中部設(shè)有斷開缺口(39)，形成非閉合框架結(jié)構(gòu)；四個安裝腳(19)包括一塊金屬板，其金屬板中心開有中心安裝孔(27)，安裝腳(19)與兩側(cè)相鄰的邊框(18)通過垂直向三角形連接片(34)，每個連接片(34)上各有對應(yīng)正六面體框架(12)底部上的孔安裝在框架的四角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，其特征在于，所述的四個安裝腳(19)和所述的插接件(9)伸出絕熱膜外罩(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種星載磁場波動分析儀用的三分量傳感器，包括3個棒形磁芯、線軸、線圈、套管、正六面體框架、鋁支架、絕熱膜外罩、插接件和絕熱膜接地線；所述正六面體框架上有三對相互正交的螺紋孔，所述棒形磁芯插入線軸內(nèi)，線軸的外表面環(huán)繞有螺線管形式線圈，在螺線管形式線圈外封裝一套管，三個套管分別插入正六面體框架上的三對螺紋孔中固定；所述鋁支架安裝在正六面體框架的底面上，將正六面體框架連接到星載磁場波動分析儀上；所述絕熱膜外罩包敷在套管和正六面體框架的外面。本發(fā)明的優(yōu)點各部件及整體結(jié)構(gòu)強度高，可承受惡劣的發(fā)射振動；結(jié)構(gòu)合理，由簡單的機加工成形，機械誤差小；適合惡劣的空間環(huán)境。
文檔編號G01R33/00GK1967280SQ20051012363
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者董偉, 王作桂, 陳斯文, 曹晉濱 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心