CN112731246B - 一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天器磁试验测试技术领域内的一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其中：转台包括基座和基板，基板能够绕基座旋转，支撑框架为Y型结构并安装于基板上；滑动框架为U型结构，沿滑动框架内侧面设置有弧形滑道且其内内设有转动块，滑动框架包括第一滑动框架和第二滑动框架，第一滑动框架与支撑框架转动连接；第二支撑板一端连接于第一滑动框架的外底面，支撑杆一端与基板铰接，另一端与第二支撑板滑动连接，第二滑动框架连接于第二支撑板的另一端面；第一支撑板的两端分别与第一滑动框架和第二滑动框架中的转动块连接。本发明能够使得待测件在进行绕X轴、Y轴和Z轴的旋转运动中矢量磁力仪的位置恒定，测量精度高。

Description

一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台

技术领域

本发明属于航天器磁试验测试技术领域，具体地，涉及一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台。

背景技术

地磁学是地球物理学和空间物理学的一个重要组成部分，是连接固体地球物理学与空间物理学的桥梁。它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部，研究它的变化及起源，是地球动力学研究的重要内容之一；变化的磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化的磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。通过卫星所观测到的磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动，下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征、地核变化的各种丰富的信息，星能够为地球物理和空间物理研究提供大量高分辨率的科学数据，满足科学研究的需求。磁通门磁强计和卫星姿态测量仪是其中的关键器件，其中磁强计是磁场信息获取的关键器件，姿态测量仪是卫星位姿确定的关键***，因此，通过姿态测量仪确定磁强计的空间位姿是精确磁场信息获取的必要保障。

而在磁场测量卫星研制过程中，关键在于姿态测量仪与磁强计的高精度在轨标定，由于卫星发射的单次性以及维修难度极大，因此在地面阶段，需要进行姿态测量仪与磁强计的安装矩阵室外和室内标定，以尽可能的验证高精度空间位姿效能。保证低剩磁的测量环境以及必要范围内高精度运动要求的无磁转台，成为室外标定的关键设备。专利CN102022955A中提及双轴手动无磁转台，采用机械轴系的方式获得回转主轴和俯仰轴运动，实现外轴达60转/分,内轴达960转/分、转台台体自身磁强度小于40nT的双轴无磁转台，该无磁转台可以使由磁传感器作为主要部件做成惯性导航***,在地面进行测试和标校等试验。但是该专利的构型无法满足磁力仪与星敏安装矩阵标定试验中磁力仪位于转动中心的要求。专利CN202421522U提及一种三轴无磁转台，通过内外框与底部旋转支撑的复合，可以实现三个旋转轴运动，具有结构简单,便于携带,体积小,成本低,操作方便、测试质量好和效率高的优点。但是该专利中没有提及如何做到无磁，因此无法满足磁力仪与星敏安装矩阵标定试验中无磁环境的要求。专利CN103323797A中涉及的一种用于在低磁环境磁场测量卫星磁矩的无磁转台，通过由滚动轴承支撑的回转平台，实现回转运动，通过转置传动机构实现俯仰运动，具备操作方便，大承载能力的优点，适用于低磁试验室测量卫星的磁矩,自身剩磁小于5nT,可承载及3000Kg以上、2.5m×5.5m×2.8m长方形较大型的卫星。但是对于磁力仪与星敏安装矩阵标定试验中的小承载能力，该专利提及的无磁平台结构复杂，而且不具备高精度微调整功能，因此上述装置均存在不足。因此需要提出一种剩磁干扰低、测量精度高的无磁转台。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提出一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台。

本发明提供了一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，包括转台、支撑框架、滑动框架、第一支撑板、第二支撑板以及支撑杆；

所述转台包括基座和基板，所述基板能够绕所述基座旋转，所述支撑框架为Y型结构，所述支撑框架安装于所述基板上；

所述滑动框架为U型结构，沿所述滑动框架内侧面设置有弧形滑道，所述弧形滑道内设有转动块，所述滑动框架包括第一滑动框架和第二滑动框架，所述第一滑动框架置于所述支撑框架的Y字型开口内，所述第一滑动框架与所述支撑框架转动连接；

所述第二支撑板一端连接于所述第一滑动框架的外底面，所述支撑杆一端与所述基板铰接，另一端与所述第二支撑板滑动连接，所述第二滑动框架连接于所述第二支撑板的另一端面；

所述第一支撑板的两端分别与所述第一滑动框架和所述第二滑动框架中的所述转动块连接。

一些实施方式中，所述第一支撑板设置有第一定位调节板和第二定位调节板，所述第一定位调节板和所述第二定位调节板用于固定并调节待测件的位置。

一些实施方式中，所述支撑杆的中轴线与所述支撑框架的中轴面相重合，所述支撑框架的中轴面与Y型开口平面垂直。

一些实施方式中，所述第二支撑板背离所述第一支撑板的一面设有滑槽和滑块，所述滑块能够沿所述滑槽往复滑动，所述滑块一端延伸至所述滑槽的外侧并与所述支撑杆连接。

一些实施方式中，所述滑块与所述滑槽采用过渡配合。

一些实施方式中，所述基板包括第一基板和第二基板，所述支撑框架、所述第一基板、所述第二基板以及所述基座依次连接，所述第二基板通过高度调节柱连接，所述高度可调节柱为多个且可独立调节高度。

一些实施方式中，所述基板还包括第三基板，所述支撑框架、所述第三基板以及所述第二基板依次连接，所述第三基板与所述第二基板通过多个所述高度可调节柱连接。

一些实施方式中，所述支撑框架包括支撑座和支撑架，所述支撑座与所述支撑架可拆卸连接。

一些实施方式中，用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台的各组件以及各组件的连接件均为无磁材料。

一些实施方式中，还包括矢量磁力仪和星敏感器，所述矢量磁力磁力仪和所述星敏感器通过连接杆构成一体，所述连接杆通过所述第一定位调节板和所述第二定位调节板定位固定。

与现有的无磁转台相比，本发明的创新点和显著优势在于:

1、本发明通过整体结构的优化设计，使得待测件在进行绕X轴、Y轴和Z轴的旋转运动中，矢量磁力仪的球心能够始终位于三轴的轴线上，进而使得矢量磁力仪的位置恒定，测量精度得以大幅提高。

2、本发明通过优化第二支撑板与支撑杆的滑动连接结构，实现滑动的同时可使得待测件进行绕X轴转动作业具备位置自动锁定与解锁功能，提升测量精度。

3、本发明通过优化转台结构，具体的是优化转台中的基板结构，通过将基板设计为一维或二维调整平台，实现待侧件绕X轴和绕Y轴的二维角度的微调整，提升测量范围与测量精度。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明局部剖视结构视图；

图3为本发明显示滑槽结构的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，如图1-3所示，包括转台1、支撑框架2、滑动框架3、第一支撑板4、第二支撑板5以及支撑杆6。转台1作为整个装置的安装基础结构件，包括基座11和基板12，基板12安装于基座11的上表面，和设置于基座11内的旋转轴连接，实现基板12沿基座11的中轴线旋转，即用于实现装置的Z向转动，同时基板12也可通过基座11实现轴向上下移动，即实现装置的Z向移动。支撑框架2作为中间连接支撑件，设计为Y型结构，其支撑框架2的单脚支腿的下表面与基板12的上表面相贴合，两者通过螺接等实现固定连接，支撑框架2的Y型开口朝上。优选的，支撑框架2安装于基板12的轴心处。优选的，支撑框架2包括支撑座21和支撑架22，支撑座21与支撑架22可拆卸连接。

滑动框架3作为三轴转台的核心部件之一，与支撑框架2连接，可实现绕X轴、Y轴的转动作业。具体地，滑动框架3为U型结构，此处U型结构包括底板为水平板，两侧板连接于水平板后具有向外扩的近似U型结构。滑动框架3的内侧面设置有弧形滑道30，弧形滑道30内设有转动块301，转动块301沿弧形滑道30的弧形滑槽面滑动而使得连接的结构件产生转动。滑动框架3包括有2个，分别为第一滑动框架31和第二滑动框架32。第一滑动框架31两侧壁的上部与Y型结构的支撑框架2两侧壁的上部通过转轴连接，转动连接后，第一滑动框架31位于支撑框架2上端Y型开口内，并且滑动框架3可以以两侧的转轴10为支点相对支撑框架2进行转动。第二支撑板5一端的端面贴合连接于第一滑动框架31的外底面，两者可通过螺接方式实现。支撑杆6的一端与基板12铰接，优选的支撑杆6与基板12的连接点位于基板12的边沿位置。支撑杆6的另一端与第二支撑板5滑动连接，即第二支撑板5即可通过支撑杆6连接获得第二支撑点，同时通过两者的滑动连接，使得第二支撑板5可以以支撑杆6与基板12的铰接点为支点进行上下转动，即产生绕X轴的转动。优选的，支撑杆6的中轴线与支撑框架2的中轴面相重合，此处支撑框架2的中轴面将Y型结构的支撑框架2平均分为左右两个部分。此种设计能够确保第二支撑板5通过支撑杆6绕X轴运动时的精度。第二支撑板5通过其一端与第一支撑框架31外底面连接形成的第一支撑点和远离其一端一定距离的与支撑杆6滑动连接形成的第二支撑点形成支撑平台。第二支撑框架32安装于第二支撑板5的另一端面，第二支撑框架32与第一支撑框架31位于第二支撑板5的同一侧面上，两者间隔一定距离。

第一支撑板4一端与第一支撑框架31中的转动块301连接，第一支撑板4另一端与第二支撑框架32中的转动块301连接。第一支撑板4通过转动块301实现沿弧形滑道30的转动，即产生绕Y轴的转动。第一支撑板4背离弧形滑道30的一面上设置有固定待测件的固定件，分别为第一定位调节块41和第二定位调节块42。优选的，第一定位调节块41和第二定位调节块42为T型结构块，并在竖板上开设有弧形缺口用于固定待测件。通过调整第一定位调节块41和第二定位调节块42的位置，可精确定位待测件。其中，待测件为矢量磁力仪7和星敏感器8，优选的，矢量磁力仪7和星敏感器8通过连接杆9连接为一体，其中矢量磁力仪7和星敏感其8分别位于连接杆9的两端，安装于连接杆9端部的星敏感器8可有多组。连接杆9通过第一定位调节块41和第二定位调节块42进行固定，进而实现矢量磁力仪7和星敏感器8的定位。

本发明提供的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台的工作原理为：

将矢量磁力仪7、星敏感器8以及连接杆9连接为一体后，将连接杆9紧固于第一定位调节块41和第二定位调节块42上，将转台1通过地脚置于被测位置后：

被测件进行绕X轴运动时，通过调整第一定位调节块41和第二定位调节块42于第一支撑板4上的位置，使得矢量磁力仪7的球心位于X轴的轴线上，给支撑杆6施加以推动力，由于支撑杆6与第二支撑板5位滑动连接，使得第二支撑板5以支撑杆6和基板12的铰接点为支点发生转动，同时由于与第二支撑板5连接的第一支撑框架31能够以转轴为支点进行转动，进而使得待测件产生绕X轴运动的同时，其矢量磁力仪7的球心能够始终位于X轴的轴线上，即保持位置的相对固定。

被测件进行绕Y轴运动时，通过调整第一定位调节块41和第二定位调节块42于第一支撑板4上的位置，使得矢量磁力仪7的球心位于Y轴的轴线上，通过外力带动转动块301转动，使得固定于第一支撑板4上的待测件产生绕Y轴的运动，由于转动块301是沿弧形滑道30进行圆周转动，进而使得矢量磁力仪7的球心始终位于Y轴的轴线上。

被侧键进行绕Z轴运动时，通过调整第一定位调节块41和第二定位调节块42于第一支撑板4上的位置，使得矢量磁力仪7的球心位于Z轴的轴线上，转动基座11上的手柄110，使得被设置于基座11内的转轴转动，进而带动基板12绕Z轴的主动，继而通过支撑框架2和支撑杆6带动待测件绕Z轴转动，由于支撑框架2和支撑杆6的位置相对固定，使得矢量磁力仪7的球心始终处于Z轴的轴线上。

本发明通过整体结构的优化设计，使得待测件在进行绕X轴、Y轴和Z轴的旋转运动中，矢量磁力仪的球心能够始终位于三轴的轴线上，进而使得矢量磁力仪的位置恒定，测量精度得以大幅提高。

本发明实施例提供的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其构成磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台的各组件以及各组件的连接件均为无磁材料，消除装置的剩磁对待测组件的影响。例如，转台1采用陶瓷滚动轴承实现绕Z轴转动运动，也可以使用铜质滚动轴承、尼龙滚动轴承等其他无磁滚动轴承；连接杆9采用碳碳基复合纤维材料，也可以采用其它高刚度、低质量和低热敏感性材料等等。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成的，通过优化第二支撑板与支撑杆的滑动连接结构，实现滑动的同时可使得待测件进行绕X轴转动作业具备位置自动锁定与解锁功能，提升测量精度。具体地：

如图1-3所示，于第二支撑板5的下表面设置有滑槽51，滑槽51中设置有相适配的滑块52，此处，第二支撑板5的下表面是指背离第一支撑板4的一面。滑槽51是沿第二支撑板5的长度方向设置，滑块52沿滑槽51实现往复滑动。滑块52的一端面延伸至滑槽51的外后面，延伸至滑槽51外周面的滑块52的部分与支撑杆6的端部连接，进而使得第二支撑板5通过支撑板6实现绕X轴转动。滑块52和滑槽51的配合可有多种形式，优选为T型结构的滑槽和滑块，导向性与运动的直线度较好，保证旋转精度。

进一步优选的，滑块52和滑槽51采用过渡配合形式，如滑块52的横截面略大于滑槽51的横截面，且两者的接触为粗糙面，使得滑块52在无外力的作用下能够定位锁定在滑槽51内，受到外力大于摩擦力后自动解锁，使得待测件进行绕X轴转动作业具备位置自动锁定与解锁功能。

实施例3

本实施例3是在实施例1或实施例2的基础上形成的，通过优化转台结构，具体的是优化转台中的基板结构，通过将基板设计为一维或二维调整平台，实现待侧件绕X轴和绕Y轴的二维角度的微调整，提升测量范围与测量精度。具体地：

如图1-3所示，基板12设计为二层结构，包括第一基板121和第二基板122，第一基板121与基座11转动连接，支撑框架2安装于第二基板122的上表面，第一基板121与第二基板122之间通过高度可调节柱13连接。分布于第一基板121和第二基板122之间的高度可调节柱13为多个，可均匀分布，亦可非均匀分布。高度可调节柱13能够独立调节高度，且具备锁定解锁功能。通过上述设计，使得基板12由原来的单一不可调节基板变为由第一基板121和第二基板122复合形成的一维调整平台，可实现待测件绕X轴或绕Y轴旋转角度的微调整。

进一步地，基板12还包括有第三基板123，第一基板121、第二基板122以及第三基板123自下而上依次连接，第二基板122与第三基板123之间也通过高度可调节柱13连接。此时，基板12通过第一基板121和第二基板122复合形成以为调整平台的基础上，通过增设第三基板123使得基板12形成了二维调整平台，是实现待测件绕X轴和绕Y轴旋转角度的微调整。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，包括转台（1）、支撑框架（2）、滑动框架（3）、第一支撑板（4）、第二支撑板（5）以及支撑杆（6）；

所述转台（1）包括基座（11）和基板（12），所述基板（12）能够绕所述基座（11）旋转，所述支撑框架（2）为Y型结构，所述支撑框架（2）安装于所述基板（12）上；

所述滑动框架（3）为U型结构，沿所述滑动框架（3）内侧面设置有弧形滑道（30），所述弧形滑道（30）内设有转动块（301），所述滑动框架（3）包括第一滑动框架（31）和第二滑动框架（32），所述第一滑动框架（31）置于所述支撑框架（2）的Y字型开口内，所述第一滑动框架（31）与所述支撑框架（2）转动连接；

所述第二支撑板（5）一端连接于所述第一滑动框架（31）的外底面，所述支撑杆（6）一端与所述基板（12）铰接，另一端与所述第二支撑板（5）滑动连接，所述第二滑动框架（32）连接于所述第二支撑板（5）的另一端面；

所述第一支撑板（4）的两端分别与所述第一滑动框架（31）和所述第二滑动框架（32）中的所述转动块（301）连接。

2.根据权利要求1所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述第一支撑板（4）设置有第一定位调节板（41）和第二定位调节板（42），所述第一定位调节板（41）和所述第二定位调节板（42）用于固定并调节待测件的位置。

3.根据权利要求1所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述支撑杆（6）的中轴线与所述支撑框架（2）的中轴面相重合，所述支撑框架（2）的中轴面与Y型开口平面垂直。

4.根据权利要求1所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述第二支撑板（5）背离所述第一支撑板（4）的一面设有滑槽（51）和滑块（52），所述滑块（52）能够沿所述滑槽（51）往复滑动，所述滑块（52）一端延伸至所述滑槽（51）的外侧并与所述支撑杆（6）连接。

5.根据权利要求4所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述滑块（52）与所述滑槽（51）采用过渡配合。

6.根据权利要求1所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述基板（12）包括第一基板（121）和第二基板（122），所述支撑框架（2）、所述第一基板（121）、所述第二基板（122）以及所述基座（11）依次连接，所述第二基板（122）通过高度调节柱（13）连接，所述高度可调节柱（13）为多个且可独立调节高度。

7.根据权利要求6所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述基板（12）还包括第三基板（123），所述支撑框架（2）、所述第三基板（123）以及所述第二基板（122）依次连接，所述第三基板（123）与所述第二基板（122）通过多个所述高度可调节柱（13）连接。

8.根据权利要求1所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，所述支撑框架（2）包括支撑座（21）和支撑架（22），所述支撑座（21）与所述支撑架（22）可拆卸连接。

9.根据权利要求1-8任一所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台的各组件以及各组件的连接件均为无磁材料。

10.根据权利要求2所述的用于矢量磁力仪与星敏安装矩阵标定试验的三轴转台，其特征在于，还包括矢量磁力仪（7）和星敏感器（8），所述矢量磁力仪（7）和所述星敏感器（8）通过连接杆（9）构成一体，所述连接杆（9）通过所述第一定位调节板（41）和所述第二定位调节板（42）定位固定。

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