结构光测量设备深低温环境防护装置及试验系统的制作方法

    技术2025-04-28  33


    本申请涉及航天器深低温试验,尤其涉及结构光测量设备深低温环境防护装置及试验系统。


    背景技术:

    1、月球表面为极端的高低温环境,且月昼、月夜长达15天,因此工作在月球表面的探测器往往需要在夜间承受15天左右的低至-200℃以下的低温环境,为了在地面对月球探测器的性能进行验证,有必要在地面模拟环境下对月球探测器上各类运动部件的性能进行验证。

    2、在地面试验中,一般使用多种真空泵配合形成0.001pa量级的真空环境,通过充满液氮的辐射换热器初步形成100k的低温背景,在其内部通过氦压缩-膨胀的方式对内层的辐射换热器进行冷却,实现20k左右的低温背景,并对试验件(如运动结构等)进行降温,当达到预定温度后,对试验件的性能进行测试,具体包括电性能测试、运动性能测试、变形测试等等。目前对于深低温下的形变测量尚存在一定的技术难题:目前所有变形测量技术,如双目相机测量、激光测距、结构光测量等使用的电子设备均难以直接工作于真空、深低温耦合的环境下,只能适用于常温、常压环境下。因此,必须将变形测量系统密封于防护工装内部,保持其处于舒适的环境内。

    3、同时,由于测量系统工作于较为舒适的室温环境下,必须考虑测量系统对试验件的热辐射,由于辐射换热的四次方特性,测量系统可能对试验件产生极大的影响。以一个80k的试验件为例,在同等形状、发射率条件下,200k测量系统对试验件的辐射换热,相对于100k的测量与试验件的辐射换热可达26倍以上。因此必须尽可能降低测量系统的对外辐射漏热,然而,对于光学玻璃,由于需要考虑其透光性,无法以被动方式对其进行处理。在目前试验中,光学玻璃与试验件间会产生不可忽略的辐射换热,影响试验件的正常降温。


    技术实现思路

    1、本申请提供一种结构光测量设备深低温环境防护装置及试验系统,用以解决现有技术中在深低温环境下结构光设备在正常工作测量的同时,结构光设备自身的温度会对试验件产生额外的背景热流的问题。

    2、一方面,本申请提供一种结构光测量设备深低温环境防护装置,包括:

    3、防护工装,形成有密封腔体,用于容纳结构光测量设备,密封腔体的侧壁具有透明部,透明部用于为结构光测量设备提供测量通道;

    4、升温机构,设置于密封腔体内,用于使密封腔体内的环境温度维持在预设范围内;

    5、隔热机构,设置于防护工装上,位于密封腔体的外部,隔热机构通过遮挡/避让透明部使测量通道关闭/开启。

    6、在一种可能的设计中,隔热机构包括:

    7、遮挡板,设置于防护工装具有透明部的一侧,遮挡板具有第一位置和第二位置;

    8、移动组件,设置于防护工装上,与遮挡板连接,用于使遮挡板沿第一方向移动至第一位置以遮挡透明部或移动至第二位置以避让透明部,第一方向为防护工装的长度方向。

    9、在一种可能的设计中,遮挡板包括:

    10、第一阻隔层,靠近防护工装设置,第一阻隔层包括聚酯膜双面镀铝膜和涤纶网,聚酯膜双面镀铝膜、涤纶网间隔设置;

    11、第二阻隔层,设置于第一阻隔层的表面,第二阻隔层包括聚酰亚胺镀铝膜。

    12、在一种可能的设计中,遮挡板上开设有避让槽。

    13、在一种可能的设计中,隔热机构还包括支撑板,支撑板与防护工装可拆卸连接,移动组件安装于支撑板上。

    14、在一种可能的设计中,移动组件包括:

    15、壳罩,安装于支撑板上,与支撑板之间形成容纳腔;

    16、驱动电机,设置于容纳腔中;

    17、第一加热器,设置于壳罩的内壁;

    18、第一温度传感器,设置于壳罩上;

    19、传动部件,设置于支撑板上,分别与驱动电机的输出端、遮挡板连接,用于使遮挡板沿第一方向移动。

    20、在一种可能的设计中,防护工装的侧壁开设有测量窗,透明部安装于测量窗处;

    21、和/或,透明部与测量窗之间设置有密封体;

    22、和/或,透明部包括光学玻璃。

    23、在一种可能的设计中,升温机构包括:

    24、固定板,安装于密封腔体的内壁上,用于固定结构光测量设备;

    25、第二加热器,设置于固定板上;

    26、第二温度传感器,设置于固定板上。

    27、在一种可能的设计中,防护装置还包括隔热组件,隔热组件覆盖于防护工装和/或壳罩的表面。

    28、另一方面,本申请还提供一种结构光测量设备深低温环境试验系统,包括如上所述的结构光测量设备深低温环境防护装置。

    29、本申请的有益效果如下:

    30、本申请的结构光测量设备深低温环境防护装置,包括防护工装、升温机构和组热机构,通过使防护工装形成有密封腔体,用于容纳结构光测量设备;通过在防护工装的侧壁设置有透明部,用于为结构光测量设备提供测量通道;通过在密封腔体内设置升温机构,用于使密封腔体内的环境温度维持在0℃-40℃,以保证结构光测量设备能够正常工作;通过设置隔热机构,隔热机构通过遮挡透明部能够使测量通道关闭,当结构光测量机构休眠时,隔热机构能够遮挡透明部,从而防止在测量机构休眠时密封腔体内的测量环境以辐射换热形式通过透明部对试验件产生额外加热,有效消除在测量机构休眠时密封腔体内的测量环境对试验件产生额外的背景热;当结构光测量机构工作时,隔热机构能够避让透明部使测量通道开启,通过测量通道对密封腔体外的试验件进行测量;因此本申请的结构光测量设备深低温环境防护装置能够在保证结构光测量设备能够实现正常测量工作的同时,在测量工作状态以外的其他时间内,还能够有效降低密封腔体内的测量环境对试验件产生额外的背景热流影响。

    31、本申请提供的结构光测量设备深低温环境试验系统,由于包含了本申请中的结构光测量设备深低温环境防护装置,因此同时包含了结构光测量设备深低温环境防护装置的上述所有优点。



    技术特征:

    1.一种结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,所述隔热机构包括:

    3.根据权利要求2所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,所述遮挡板包括:

    4.根据权利要求2所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,所述遮挡板上开设有避让槽。

    5.根据权利要求1-4任一项所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于:所述隔热机构还包括支撑板,所述支撑板与所述防护工装可拆卸连接,所述移动组件安装于所述支撑板上。

    6.根据权利要求5所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,所述移动组件包括:

    7.根据权利要求1所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于:所述防护工装的侧壁开设有测量窗,所述透明部安装于所述测量窗处;

    8.根据权利要求1所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,所述升温机构包括:

    9.根据权利要求6所述的结构光测量设备深低温环境防护装置,其特征在于,还包括隔热组件,所述隔热组件覆盖于所述防护工装和/或所述壳罩的表面。

    10.一种结构光测量设备深低温环境试验系统,其特征在于:包括权利要求1-9任一项所述的结构光测量设备深低温环境防护装置。


    技术总结
    本申请涉及航天器深低温试验技术领域,尤其涉及结构光测量设备深低温环境防护装置及试验系统,结构光测量设备深低温环境防护装置包括防护工装、升温机构及隔热机构,防护工装形成有密封腔体,用于容纳结构光测量设备,密封腔体的侧壁具有透明部,透明部用于为结构光测量设备提供测量通道;升温机构设置于密封腔体内,用于使密封腔体内的环境温度维持在预设范围内;隔热机构设置于防护工装上,位于密封腔体的外部,隔热机构通过遮挡/避让透明部使测量通道关闭/开启,本申请的结构光测量设备深低温环境防护装置能够在保证结构光测量设备能够实现正常测量工作的同时,在测量工作状态以外的其他时间内,还能够有效降低密封腔体内的测量环境对试验件产生额外的背景热流影响。

    技术研发人员:陶东兴,李西园,李烨,柳晓宁,李培印,毕研强,蒋山平,李天水
    受保护的技术使用者:北京卫星环境工程研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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