一種星敏感器溫度場測量與控制裝置及其方法與流程
2023-05-31 01:56:46
本發明涉及一種星敏感器溫度場測量與控制裝置及其方法。
背景技術：
星敏感器是空間飛行器GNC系統的關鍵部件，是基於計算機視覺測量理論研製的空間精密儀器，主要用於空間飛行器三軸姿態測量和空間飛行器導航。星敏感器通常由光學及精密結構系統、光電探測器及信號處理電路和軟體等三部分組成。基於計算機視覺測量理論，以恆星穩定的光信號作為輸入，星敏感器可以得到地心慣性坐標系的位置信息，可以得到星敏感器本體相對於地心慣性坐標系的三軸姿態信息，從而得到空間飛行器本體相對於地心慣性系的三軸姿態信息。
星敏感器是集光、機、電、熱、信息等多學科的精密儀器，其中熱設計是星敏感器設計的重要環節，要實現高精度的姿態測量，需要為產品在軌運行期間創造穩定的熱環境，這也是星敏感器熱設計的根本目的。
星敏感器熱設計的主要手段是基於其在軌運行期間內、外熱流的精確建模計算，選用不同熱性能的材料與塗層，完成導熱、散熱或隔熱設計，以確保星敏感器對熱較為敏感的部組件溫度穩定。
隨著衛星平臺對星敏感器測量精度的要求不斷提升，熱設計的重要性日益提升，驗證其是否有效的方法也成為必須解決的重要問題。因此需要提供一種基於地面真空環境對星敏感器熱設計有效性進行試驗驗證的設備。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種星敏感器溫度場測量與控制裝置及其方法，可以在真空環境下多點測量星敏感器特徵溫度，可對星敏感器外表面指定位置實施精密溫控，以模擬在軌實際的溫度場，從而在熱真空環境中對星敏感器熱設計的有效性進行試驗驗證。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
一種星敏感器溫度場測量與控制裝置，其特徵是，包含：
若干路獨立的溫度傳感器，用於監測星敏感器待測部位的溫度，並將採集的溫度信號傳送給處理控制單元；
加熱電源設備，其包含電加熱片以及溫控設備；電加熱片作為電加熱器設置在星敏感器待測部位上；溫控設備連接所述的電加熱片，為電加熱片提供多路獨立的恆壓或恆溫供電以控制電加熱片的溫度；
處理控制單元，其與所述的加熱電源設備以及若干獨立的溫度傳感器連接，用於試驗的控制和數據輸出。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中，所述的處理控制單元包含：
數據採集與存儲設備，其包含：溫度控制與處理單元、數據存儲單元以及溫度雲圖繪製單元；溫度控制與處理單元連接所述的溫度採集器以及加熱電源設備，用於手動輸入目標溫度，並將採集的溫度信號以及加熱溫度數據進行顯示和存儲並繪製相應的測試曲線；溫度雲圖繪製單元連接數據存儲單元，根據溫度信號以及加熱溫度數據進行熱分析繪製出溫度場雲圖；數據存儲單元連接所述的溫度控制與處理單元；
數據顯示單元，其連接所述的數據採集與存儲設備，用於顯示測試操作界面、測試曲線以及溫度場雲圖。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中：
所述溫度傳感器具有測溫頭，測溫頭採用鉑電阻Pt100作為傳感器，且測溫頭的頭部為薄膜狀。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中：
所述溫度傳感器的測溫頭安裝在星敏感器的外表面或內壁面。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中：
所述的若干路獨立的溫度傳感器分別通過溫度採集器連接所述的處理控制單元。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中：
所述獨立的溫度傳感器設有20路。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中：
所述加熱電源設備中的溫控設備為電加熱片提供10路獨立的加溫電路。
一種星敏感器溫度場測量與控制方法，其採用如權利要求1~7中任意一項所述的星敏感器溫度場測量與控制裝置來實現，其特徵是，包含以下步驟：
S1、輸入溫控目標；
S2、處理控制單元發送加溫指令，由加熱電源設備為星敏感器待測部位進行加熱；
S3、溫度傳感器得到待測部位表面的溫度信號，並通過溫度採集器將溫度數據傳送給處理控制單元；
S4、處理控制單元根據溫度傳感器的溫度數據和加熱電源設備的加熱溫度數據繪製相應的測試曲線，根據溫度數據以及加熱溫度數據進行熱分析繪製出溫度場雲圖，根據加熱電源設備反饋的電壓電流信號控制加溫精度，實現閉環控制。
上述的星敏感器溫度場測量與控制裝置，其中，在步驟S1前還包含：
S0、根據星敏感器外形特點和加熱對象、加熱面積、加熱能力的要求選用不同規格的電加熱片。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、為在真空環境下單機級驗證星敏感器熱設計的有效性提供了直接有效的手段；
2、可根據不同衛星任務熱環境的特點，對星敏感器局部實施溫控，以實現預定的溫度場；
3、溫控加熱片選用柔性電加熱片，以適應星敏感器外表面外形特點；
4、可根據實際採集的20路溫度點數據，利用仿真建模軟體實時繪製星敏感器溫度場雲圖。
附圖說明
圖1為本發明的裝置系統框圖；
圖2為本發明的數據採集與存儲設備的架構圖；
圖3為本發明在實施例中的軟體應用流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
如圖1所示，一種星敏感器溫度場測量與控制裝置，其包含：若干路獨立的溫度傳感器1，用於監測星敏感器待測部位的溫度，並將採集的溫度信號傳送給處理控制單元；加熱電源設備，其包含電加熱片22以及溫控設備21；電加熱片22作為電加熱器設置在星敏感器待測部位上；溫控設備21連接所述的電加熱片21，為電加熱片22提供多路獨立的恆壓或恆溫供電以控制電加熱片22的溫度；處理控制單元4，其與所述的加熱電源設備以及若干獨立的溫度傳感器1連接，用於試驗的控制和數據輸出。
所述的處理控制單元4包含：數據採集與存儲設備、數據顯示單元以及溫度雲圖繪製單元，數據顯示單元連接數據採集與存儲設備，用於顯示測試操作界面、測試曲線以及溫度場雲圖；數據採集與存儲設備包含溫度控制與處理單元以及數據存儲單元；溫度控制與處理單元連接所述的溫度採集器1以及加熱電源設備，用於手動輸入目標溫度，並將採集的溫度信號以及加熱溫度數據進行顯示和存儲並繪製相應的測試曲線，溫度雲圖繪製單元根據溫度信號以及加熱溫度數據進行熱分析繪製出溫度場雲圖；數據存儲單元連接所述的溫度控制與處理單元。
本實施例中，所述溫度傳感器1具有測溫頭，測溫頭採用鉑電阻Pt100作為傳感器，具有內部補償自動消除噪聲或溫漂的能力，且測溫頭的頭部為薄膜狀，最佳的為2mm×2mm×1mm，為非圓柱形，可增大與待測點接觸面積，利於熱量傳遞，易於與安裝面貼合，重量輕，熱響應時間短，且溫度傳感器1的測溫頭安裝在星敏感器的外表面或內壁面；所述的若干路獨立的溫度傳感器1分別通過溫度採集器3連接所述的處理控制單元4；所述獨立的溫度傳感器1設有20路。
本實施例中，加熱電源設備的加熱對象為鋁合金、鈦合金材質的產品表面或內壁，加熱對象的構型為圓筒狀或板狀，加熱面積最大值300 cm2最小值4cm2，加熱能力最高可使被加熱對象溫度升高150℃，各路獨立溫控，精度±1.0℃；電加熱片22選用電薄膜加熱片，可提供10路獨立的加溫電路，且電加熱片22的電阻可指定，滿足加熱對象、加熱面積、加熱能力的要求，10路獨立的加溫電路總功率可達3000W，直流電路可達30A，滿足電加熱片22的加溫電路要求。
本實施例中，裝置的各設備之間通過乙太網交換機、機櫃、配套電纜等進行電路連接。
本發明還提供了一種星敏感器溫度場測量與控制方法，其採用上述所述的星敏感器溫度場測量與控制裝置來實現，其特徵在於，包含以下步驟：
S0、根據星敏感器外形特點和加熱對象、加熱面積、加熱能力的要求選用不同規格的電加熱片22；
S1、輸入溫控目標；
S2、處理控制單元4發送加溫指令，由加熱電源設備為星敏感器待測部位進行加熱；
S3、溫度傳感器1得到待測部位表面的溫度信號，並通過溫度採集器3將溫度數據傳送給處理控制單元4；
S4、處理控制單元4根據溫度傳感器1的溫度數據和加熱電源設備的加熱溫度數據繪製相應的測試曲線，根據溫度數據以及加熱溫度數據進行熱分析繪製出溫度場雲圖，根據加熱電源設備反饋的電壓電流信號控制加溫精度，實現閉環控制。具體的，溫度數據顯示單元顯示20路溫度傳感器的曲線和10路加溫溫度曲線，溫度雲圖繪製單元主要負責導入產品PROE模型，並將存儲的溫度傳感器1數據和加熱片22溫度數據導入後，映射至產品模型上，進行熱分析，繪製相應的溫度雲圖，圖3所示。
本實施例中，處理控制單元4採用控制計算機，通過溫度場測量系統軟體，各路獨立的溫度傳感器22可標識其採集點名稱，數據存儲時，需存儲溫度採集時刻、溫度原碼值、溫度值（℃），溫度採集點名稱，存放於測試計算機指令目錄中，星敏感器溫度測量與控制裝置數據採集與存儲設備架構見圖2。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。