小型太阳模拟器结构设计

小型太阳模拟器结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 摘 要：介绍了用于卫星姿态控制的太阳敏感器地面模拟试验与标定的空间小型太阳模拟器的结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。由光 源发出的光经模拟器本体底部发出照射到待标定的工作面，通过步进电机控制模拟器的转动来实现入射光角度的变 化。从而模拟太阳相对于太阳敏感器的矢量方位角的变化。 关键词：太阳模拟器；太阳敏感器；姿态控制 中图分类号：V524.2 文献标识码：A 文章编号：1672-9870（2010）04-0028-03 收稿日期：2010-08-08 作者简介：刘电龙（1982-），男，硕士研究生，主要从事精密测控技术与仪器的研究，E-mail：liudianlong-28@163.com。 刘电龙 1，徐熙平 1，文大化 2，孙敏 1，徐哲 1 （1.长春理工大学 光电工程学院，长春 130022；2.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033） The Structural Design of Small-scale Solar Simulator LIU Dianlong1，XU Xiping1，WEN Dahua2，SUN Min1，XU Zhe1 （1.Changchun University of Science and Technology，College of Opto-electronic Engineering，Changchun l30022； 2.Chinese Academy of Sciences，Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Changchun 130033） Abstract：This paper introduces the structural design of small-scale spatial solar simulator which calibrating and ground simulation testing the solar sensor that used in satellite attitude control. The light of the simulator through the bottom irradiate the face of the object under test，through stepper motor to control the simulator to achieve the angle change of the incident light. Thus simulates the vector azimuth change the sun relative to the solar sensor. Key words：solar simulator；solar sensor；attitude control 太阳模拟器的应用领域非常广泛。大型太阳模 拟器是航天技术中卫星空间环境模拟的主要组成部 分，中小型太阳模拟器用于卫星姿态控制的太阳敏 感器地面模拟试验与标定及地球资源卫星多光谱扫 描仪太阳光谱辐照响应的地面定标。在光伏科学与 工程中，中小型的太阳模拟器又可用于太阳能电池 的检测与标定、遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照 以及农业科学中研究植物发育和培育良种、建材行 业中材料的耐辐照老化试验等。 本文中的小型太阳模拟器用于卫星姿态控制的 太阳敏感器地面模拟试验与标定。太阳敏感器是检 测太阳矢量方位角的一种光学仪器，基本功能是获 取太阳矢量在与太阳敏感器相固联的星体坐标系中 的方位信息，来对空间飞行器进行姿态测量、姿态 确定与姿态控制。 1 指标要求及总体结构 1.1 指标要求 摆角精度：优于 0.25°； 摆角零位精度优于 0.05°； 摆角范围为±45°连续可调。 1.2总体结构 第33卷第4期 2010年12月 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology（Natural Science Edition） Vol.33 No.4 Dec. 2010 图 1 系统总体结构示意图 Fig.1 The sketch map of systems overall structure 本系统主要有模拟器本体、光阑准直系统、减 速器、步进电机、基座等部分组成。 模拟器本体与光阑准直系统相连接，准直系统 通过摇臂与减速器连接，减速器和步进电机通过联 轴器连接。如图 1所示。 2 系统各部分结构及功能 2.1 灯室结构及调灯机构 根据光源的指标要求，可采用柱形氙灯作为光 源，一定功率的氙灯既可以满足光强强度的要求。 但供电电源输出一定要稳定才能保证光源的稳定。 灯室有灯室腔和灯架组成，灯室腔是一个圆形管， 同时在灯室腔的两侧和顶部开了许多散热孔，以便 于较好地散热。灯室下方有一个长 60mm，宽 5mm 的矩形通光槽，光通过矩形通光槽进入下面的准直 系统。灯室结构如图 2所示。 图 2 灯室结构 Fig.2 Lamphouse structure 灯架用于支撑氙灯，氙灯采用水平点燃方式。 灯的支撑采用两端固定，但不加紧的支撑方式，以 确保氙灯在点燃后，两端可以沿氙灯轴线方向释放 由于高温引起的热膨胀应力。灯的支撑部分是受热 最为严峻的部件。为了减小因支撑部分热膨胀引起 的灯两端的附加应力，支撑部件应选用 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面抛光且 耐高温不变形的合金材料，它对太阳辐射的吸收系 数应比较小。考虑到温度会比较高，氙灯与灯架间 需要置一层隔热材料。 灯架除了用于支撑氙灯以外，它本身就是一个 调灯机构，用来调节灯的中心位置，可以进行水平 方向和垂直方向的二维调节。如图 3所示。 图 3 调灯机构 Fig.3 Adjust lamp institutions 调整螺钉A用于灯水平方向的调节，B用于灯 垂直方向的调节，调整螺塞 C、D用于调节支撑弹 簧的松紧。由于在工作过程中此部分热量很大、温 度会很高，所以整个灯室和调整架均要选用耐高温 且不变形的合金材料来做。灯室与准直机构之间通 过螺钉与连接孔连结，中间还需加一隔热垫，阻止 热量通过灯室向准直系统扩散。 2.2 准直结构 氙灯发出的光通过矩形通光槽后进入光阑准直 系统。准直系统示意图如图 4所示，结构图如图 5 所示。 图 4光准直系统示意图 Fig.4 The sketch map of collimating system 图 5光阑准直结构 Fig.5 Lens screen collimating structure 光经过 3道光阑的过滤后到达准直柱面透镜。 进入准直系统的光主要有两种：一种是光源直接发 出的光；另一种是经过灯室腔反射后进入准直系统 的光。这两种光首先通过光阑 1，光阑 1把大部分 由光源直接发出的能够进入准直系统内部，但不能 直接照到准直柱面透镜的光和一部分经过灯室腔反 射后进入准直系统的光滤掉。这样经过光阑 1的过 滤后到达光阑 2的光主要有三种：一种是由光源直 接发出的且能够直接照到准直柱面透镜的光，它占 绝大部分；一种是经过灯室腔反射后进入准直系统 而没有被光阑 1滤掉的光；另一种是由光阑 1反射 到准直系统内表面又产生漫反射的光。这些光通过 光阑 2的过滤后到达光阑 3。这样到达光阑 3光基 本上都是由光源直接发出的光和很微弱的一部分由 光阑 2反射到准直系统内表面又产生漫反射的光。 再经过光阑 3的过滤后到达准直柱面透镜，从而到 达准直柱面透镜的光就都是由光源发出的直射光。 同时，为了减弱准直系统内表面的漫反射，应 在其内表面涂一层吸光材料或置一层吸光纸。 刘电龙，等：小型太阳模拟器结构设计第 4期 29 3 运动控制结构 由于是用来模拟太阳相对太阳敏感器的移动， 所以转动速度必须不能过快。本系统用步进电机来 驱动，虽然步进电机是由脉冲驱动来转动，但当脉 冲频率过小，步进电机速度低于一定程度运行时会 产生振动。为了保证稳定性，所以不能使步进电机 在过低速条件下工作。否则就不能满足稳定性要 求，因此就需要加减速机构来实现。考虑稳定性和 转动精度的要求，选用谐波齿轮减速器来实现减速 的目的。运动控制结构如图 6所示。 图 6 运动控制结构 Fig.6 Motion control structure 在步进电机控制系统设计中，传统的方法是用逻 辑电路或单片机实现步进电机控制，虽然此方法可 行，但由于线路复杂而且制成后不易调整，因此存在 一定的局限性。该系统采用虚拟仪器图形化编程软件 LabView实现对步进电机的位置控制。系统有较好的 人机交互界面，编程简单，根据不同的要求可随时调 整控制方式。系统的控制 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图如图 7所示。 开始 复位 输入转动角度 开始转动 停止转动 结束 复位 图 7 运动控制流程图 Fig.7 The flow chart of motion control 本系统的精度由电机的转动精度和谐波减速器 的传动精度共同决定。谐波减速器的传动精度由空 回（空载情况下，改变输入轴转向时，输出轴转角 的滞后量）和传动误差（当输入轴单向旋转时，输 出轴的实际转角与理论转角之差）决定。本系统采 用 XB1 型高精密单级谐波减速器，指向精度达到 30"=0.0083°、传动精度达到 5"=0.0014°，采用步距 角为 1.8°的步进电机，进行 128细分后的精度为： 1.8 128 =0.014°。则系统的精度可以达到0.0083°+0.0014° +0.014°=0.0237°，因此，能够满足系统精度要求。 4 结论 模拟器本体采用的管罩式结构，即有利于灯室 的散热，又可以通过散热孔直接观察到灯室内部的 情况和灯的中心位置，便于调节。采用的与中心轴 垂直且依附在灯室上的十字结构调灯系统可以很方 便的调节灯的中心位置，使之与中心轴重合。光阑 准直系统采用矩形结构，它与模拟器本体连接时可 以保证与灯中心轴的平行，光可以平行经过准直系 统到达准直镜，再平行输出。减速机构采用谐波减 速齿轮，是由于谐波减速齿轮的减速比比较大，传 动精度高，一般的行星减速齿轮要实现大的减速 比，需要多级传动，传动精度很难达到要求。减速 器与步进电机的连接采用联轴器直联的方式，这种 连接方式可以使电机轴和减速器轴的同轴性较好， 但在加工基座时也要保证安装螺孔的位置精度、加 工精度、与端面的垂直度等。 本系统除了用于太阳敏感器地面模拟试验与标 定之外，在太阳光伏科学与工程中，改变一下光源 结构（加 1.5G 滤光片）就可达到 A 类太阳模拟器 标准，即可可用于太阳能电池的检测与标定，光电 材料特性测试等。还可以用于生物化学相关测试， 皮肤化妆用品的试验测试检测，建材行业中材料的 耐辐照老化试验等。 参考文献 ［1］ 刘洪波.太阳模拟技术［J］.光学精密工程，2001，9（2）： 177-181. ［2］ 何丽，胡以华.太阳敏感器的原理与技术发展趋势［J］.电 子元件与材料，2006（9）：5-7. ［3］ 周晖，温庆平，张伟文.谐波减速器在空间飞行器中的应 用［J］.真空与低温，2004，10（4）：187-192. ［4］ 张国玉，刘淑红，王凌云，等.移动式太阳模拟器控制系 统研究［J］.长春理工大学学报，2009，32（1）：1-3. ［5］ 杨林，王晓光. 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