[發明專利]模擬微重力環境的纜繩振動特征參數地面測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110642254.3
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113375881B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 崔憲莉;席隆;董文博;張建泉;張永康;王喆;于夢溪
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M7/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發明涉及模擬微重力環境的纜繩振動特征參數地面測量裝置及方法，測量裝置包括直線電機、試驗臺、第一三維轉臺、第二三維轉臺、水平相機和豎直相機，所述試驗臺和第一三維轉臺分別與所述直線電機的動子相連接并由動子帶動在豎直方向直線運動，所述水平相機安裝在所述第一三維轉臺上并水平朝向所述試驗臺上方布置；所述豎直相機通過第二三維轉臺安裝在所述直線電機頂部并豎直朝向所述試驗臺上側面布置。本發明的測量裝置可以模擬空間微重力環境，可以為試驗樣品提供微重力環境，與試驗樣品的使用環境一致，數據真實可靠；該裝置可以每隔幾分鐘測試一組纜繩、試驗塊a和試驗塊b的位移和角度數據，數據采集效率高，通過多次測量取平均值，可以減少誤差，計算出準確的纜繩振動特征參數數據。

技術領域

本發明涉及纜繩振動特征參數測量相關技術領域，具體涉及一種模擬微重力環境的纜繩振動特征參數地面測量裝置及方法，即在地面模擬微重力環境，測量纜繩的振動特征參數。

背景技術

期刊《機械科學與技術》中的“空間主動隔振系統的纜繩剛度測試裝置”給出了空間纜繩剛度的測量裝置，但是該裝置沒有模擬微重力環境。“空間主動隔振系統的纜繩剛度測試裝置”公開了一套纜繩剛度測試裝置。該測試系統主要由桁架結構、光學平臺、六維位移臺、六維力和力矩傳感器、控制器、工控機、顯示器、LabVIEW軟件等組成。六維位移臺由1個三軸位移臺、1個旋轉臺、2個傾斜臺以及2個直角固定塊組成。如圖2所示，它的安裝順序從左到右依次為2個直角塊、1個傾斜臺、1個傾斜臺、1個旋轉臺、1個三軸位移臺。六維位移臺的三軸位移臺在三個方向的位移、1個旋轉臺的旋轉、2個傾斜臺的傾斜分別驅動，3個方向的位移和3個方向的旋轉沒有耦合，每次都使六維位移臺沿一個自由度方向運動。纜繩剛度測試的基本原理為：纜繩一端與六維力和力矩傳感器相連，力和力矩傳感器固定在桁架結構上，另一端與六維位移臺上的直角塊固定，實驗過程中纜繩處于自由松弛狀態，六維位移臺帶動纜繩一端僅沿一個自由度作低速往復運動，另一端的六維力和力矩傳感器測量纜繩所受的力和力矩，并通過LabVIEW軟件存儲到.txt文檔中。然后數據導入到Matlab，繪出線纜的位移、轉角與力和力矩的關系，并用最小二乘法擬合求解斜率，即纜繩剛度。

“空間主動隔振系統的纜繩剛度測試裝置”公開的一套纜繩剛度測試裝置，該裝置在地面有重力的環境下測試纜繩剛度。纜繩一端與桁架結構固定，另一端通過六維力和力矩傳感器與六維位移臺，纜繩懸置在空中，受地球重力影響，通過該裝置測試的數據與微重力環境下的測試數據有誤差。該裝置每次使六維位移臺沿一個自由度方向運動，用六維力和力矩傳感器采集力或力矩值，用最小二乘法擬合求解斜率，即纜繩在該自由度上的剛度。但是在空間使用的纜繩實際工況是在六個自由度同時運動，在六個自由度上受的力與力矩相互耦合，關聯性強，需要同時測量，因此通過該裝置測試的數據與空間微重力環境下纜繩的受力情況不相符。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種模擬微重力環境的纜繩振動特征參數地面測量裝置及方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種模擬微重力環境的纜繩振動特征參數地面測量裝置，包括直線電機、試驗臺、第一三維轉臺、第二三維轉臺、水平相機和豎直相機，所述試驗臺和第一三維轉臺分別與所述直線電機的動子相連接并由動子帶動在豎直方向直線運動，所述水平相機安裝在所述第一三維轉臺上并水平朝向所述試驗臺上方布置；所述豎直相機通過第二三維轉臺安裝在所述直線電機頂部并豎直朝向所述試驗臺上側面布置。

本發明的有益效果是：本發明的測量裝置可以模擬空間微重力環境，可以為試驗樣品提供微重力環境，與試驗樣品的使用環境一致，數據真實可靠；該裝置可以每隔幾分鐘測試一組纜繩、試驗塊a和試驗塊b的位移和角度數據，數據采集效率高，通過多次測量取平均值，可以減少誤差，計算出準確的纜繩振動特征參數數據。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述試驗臺通過支架安裝在所述直線電機的動子上，所述支架一端位于所述試驗臺徑向方向的外側，所述第一三維轉臺安裝在所述支架的一端。