[發明專利]基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置

有效

• 申請號: 201610090219.4
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105629982B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 羅志會;劉亞;潘禮慶;楊先衛;趙華;邵明學;鄭勝;魯廣鐸;劉敏;許云麗;黃秀峰;許文年;李建林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李娜

1.一種基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：包括磁屏蔽腔(a)、小磁體(b)、光學相干位移檢測系統(c)、磁懸浮控制系統(d)，所述小磁體(b)懸浮于所述磁屏蔽腔(a)內，所述光學相干位移檢測系統(c)位于所述磁屏蔽腔(a)上，用于通過向小磁體(b)發射光信號和接收其反射回的光信號，實現對小磁體的空間位置和姿態的實時定位；所述磁懸浮控制系統位于磁屏蔽腔(a)上，用于實時控制小磁體(b)的位置和姿態；當小磁體(b)在磁屏蔽腔(a)內由于飛行器受到非保守力作用發生相對腔室的平動和轉動時，由光學相干位移檢測系統(c)測量，并反饋給磁懸浮控制系統(d)，磁懸浮控制系統(d)根據光學相干位移檢測系統(c)反饋的小磁體(b)的位置和姿態變化量向小磁體施加磁力，使小磁體(b)回歸到原始位置，并保持磁矩方向不變；

所述光學相干位移檢測系統(c)包括若干組光學準直探頭(31)、光纖(32)、若干個等臂長邁克爾遜位移檢測裝置(33)和數字相位解調PGC電路(34)，所述每組光學準直探頭(31)與之對應的等臂長邁克爾遜位移檢測裝置(33)通過光纖(32)相連，所述等臂長邁克爾遜位移檢測裝置(33)與數字相位解調PGC電路(34)電連接；光源通過系統中的各對光學準直探頭(31)向小磁體(b)發射光信號，并接收其反射回的光信號，光信號中包含小磁體的位置和姿態信息，光信號通過光纖(32)傳輸到等臂長邁克爾遜位移檢測裝置(33)，利用干涉原理處理光信號，將小磁體(b)的位移、偏轉角轉化為可識別的相位變化，對各對光學準直探頭(31)的測量結果，通過矢量疊加原理，得到其位移、偏轉角疊加后的相位變化；數字相位解調PGC電路(34)實現對相位的快速解調，最終通過相位變化計算出小磁體偏離質心的位移量及小磁體檢驗質量塊繞垂直于磁矩方向的兩個轉軸的旋轉角，并反饋給磁懸浮控制系統對小磁體(b)進行位置和姿態的實時控制。

2.如權利要求1所述的基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：所述磁屏蔽腔(a)外形為立方體形，選用非磁性材料構建，且內部為真空狀態，所述小磁體(b)的質心位于磁屏蔽腔(a)的中心位置。

3.如權利要求1所述的基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：所述光學準直探頭設有五組，等臂長邁克爾遜位移檢測裝置設有五個。

4.如權利要求3所述的基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：沿所述磁屏蔽腔(a)的X軸方向的2個腔壁上，在中心位置對稱設有一組光學準直探頭(31)，用于測量小磁體(b)在X軸的位移變化；沿X軸正方向的腔壁上還設置兩組光學準直探頭，用于測量小磁體(b)的姿態變化，向Y軸和Z軸所在的平面投影，其中一組光學準直探頭(31)，投影落在Y軸方向上，距離中心位置為小磁體(b)的截面半徑的四分之一到四分之三，用于測量小磁體(b)繞Z軸旋轉的姿態變化，另一組光學準直探頭投影落在Z軸方向上，距離中心位置為小磁體(b)的截面半徑的四分之一到四分之三，用于測量小磁體(b)繞Y軸旋轉的姿態變化；沿所述磁屏蔽腔(a)的Y軸方向的2個腔壁中心設置1組光學準直探頭，用于測量小磁體(b)沿Y軸移動的位移變化，沿所述磁屏蔽腔(a)的Z軸方向的2個腔壁中心設置1組光學準直探頭，用于測量小磁體(b)沿Z軸移動的位移變化。

5.如權利要求1所述的基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：所述磁懸浮控制系統包括若干組位置控制線圈(41)、若干組姿態控制線圈(42)和電流控制電路(43)，所述數字相位解調PGC電路(34)的信號輸出端與電流控制電路(43)的反饋輸入端連接；所述每組位置控制線圈(41)對稱的設置于磁屏蔽腔(a)沿X軸方向的2個腔壁上，所述每組姿態控制線圈(42)對稱的設置于所述磁屏蔽腔(a)沿Y軸的2個腔壁和沿Z軸的2個腔壁上。