小型长寿命编码式太阳敏感器制造技术

本发明专利技术涉及小型长寿命编码式太阳敏感器，采用光机电一体化结构，采用小型化光学测量系统，采用以FPGA为核心的高集成度信号处理电路，采用挠性连接方式，通过标准串行通讯接口与星上计算机进行数据交换，具体包括第一光学测量组件、第二光学测量组件，光学基准镜、安装板、模拟板、数字板、壳体、第一接插件、第二接插件、接地桩和后盖，两个光学测量组件正交安装在安装板上部，光学测量组件包括进行了小型化设计的柱面镜、码盘、集成光电池等，模拟板与数字板安装在壳体内部，该敏感器采用光机电一体化结构设计，实现产品的小型化，大大降低了产品重量，并且延长了产品寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于姿态敏感器领域，涉及小型长寿命编码式太阳敏感器，可以用于各类航天器姿态测量与姿态控制。
技术介绍
太阳敏感器是各类航天器姿控分系统的重要部件，用于测量太阳相对于敏感器的入射角度。国内从事太阳敏感器专业研究、制造的单位包括五院502所、八院803所等，近年来许多高校也进入到这个领域，如北京航空航天大学、清华大学、浙江大学等。按功能分类，目前星上采用的太阳敏感器大致分3类:姿态测量太阳敏感器:该类敏感器通常具有高于0.05°的测量精度，视场范围在±50° ±64°之间，如502所的编码式太阳敏感器；帆板最大能量接收方向测量太阳敏感器；该类敏感器一般具有±2°左右的测量精度，视场范围在±20° ±45°之间，如502所的模拟式太阳敏感器；全姿态捕获太阳敏感器:一般具有2 π立体角的视场范围，对测量精度不做要求，如502所的0-1式太阳敏感器。编码式太阳敏感器，一般采用分体式结构，信号处理一般采用中小规模集成电路或以微处理器为核心的信号处理方法。缺点I是体积重量较大，一般卫星采用的太阳敏感器配置方式为4组编码式太阳敏感器探头+1台信号处理线路盒，总重量约为7kg。缺点2是空间环境适应能力特别是抗紫外线辐照能力还有不足，影响了产品的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种小型长寿命编码式太阳敏感器，该敏感器采用光机电一体化结构设计，实现产品的小型化，大大降低了产品重量，并且延长了产品寿命。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:小型长寿命编码式太阳敏感器，包括第一光学测量组件、第二光学测量组件，光学基准镜、安装板、模拟板、数字板、壳体、第一接插件、第二接插件、第一支撑柱、第二支撑柱、接地桩和后盖，其中第一光学测量组件、第二光学测量组件安装于安装板之上，且第一光学测量组件与第二光学测量组件在安装板上垂直放置，壳体一端与安装板连接，另一端与后盖连接，形成一个封闭空间，第一接插件、第二接插件与接地桩设置在后盖上，模拟板、数字板、第一支撑柱、第二支撑柱安装在封闭壳体内部，模拟板通过第一支撑柱固定在安装板上，数字板通过第二支撑柱紧固在第一支撑柱上，模拟板、数字板之间的信号传输通过挠性板实现，第一插件通过挠性板与数字板连接，第二接插件通过挠性板与模拟板连接。在上述小型长寿命编码式太 阳敏感器中，第一光学测量组件包括机体、上盖、柱面镜、码盘、集成硅光电池和焊线板，其中上盖安装在机体上部，码盘、集成硅光电池和焊线板位于机体内部，码盘上表面设有中心光缝，下表面形成η条码盘图案，集成硅光电池设有η路彼此绝缘的电池，柱面镜粘接在码盘上表面，集成硅光电池粘接在码盘下表面，并保证柱面镜的中心光缝与码盘的中心光缝对准，码盘的η条码盘图案与集成硅光电池的η路电池一一对准，集成硅光电池通过引出线焊接到焊线板上，焊线板通过引出线束连接到模拟板上，其中η为正整数，η彡I。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，第二光学测量组件包括机体、上盖、柱面镜、码盘、集成硅光电池和焊线板，其中上盖安装在机体上部，码盘、集成硅光电池和焊线板位于机体内部，码盘上表面设有中心光缝，下表面形成η条码盘图案，集成硅光电池设有η路彼此绝缘的电池，柱面镜粘接在码盘上表面，集成硅光电池粘接在码盘下表面，并保证柱面镜中心光缝与码盘中心光缝对准，码盘的η条码盘图案与集成硅光电池的η路电池一一对准，集成硅光电池通过引出线焊接到焊线板上，焊线板通过引出线束连接到模拟板上，其中η为正整数，η彡I。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，柱面镜形状为玻璃圆柱体的一半，柱面镜的三个平面镀金属膜，在其中长方形平面中心光刻透光狭缝形成中心光缝；所述码盘形状为长方体玻璃，六个表面均镀金属膜，上表面沿长边方向于中心处光刻一透光狭缝形成中心光缝。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，码盘、柱面镜采用光学石英玻璃材料。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，壳体、后盖、安装板材料为铝合金，第一支撑柱、第二支撑柱材料为钛合金，接地桩为黄铜。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，位于后盖四角的四只连接螺钉将后盖、壳体串联并固定在安 装板上。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，模拟板包括电流/电压转换模块、模拟开关和信号放大模块，其中电流/电压转换模块接收来自光学测量组件的电流信号，转换为电压信号输出给模拟开关，通过模拟开关将并行电压信号转换为串行电压信号，信号放大模块将串行电压信号放大后输出给数字板上的AD。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，数字板包括AD、FPGA处理电路、上电复位模块、时钟模块和通讯接口，其中AD将来自模拟板的模拟串行电压信号转换为数字信号，并输出给FPGA进行数据处理，并将处理后的数据通过通讯接口向外输出，上电复位模块为FPGA正常工作提供初始条件，时钟模块为FPGA提供时钟。在上述小型长寿命编码式太阳敏感器中，FPGA处理电路包括粗码角度处理模块，细码角度处理模块、，监视码处理模块，粗细码同步模块，数据打包模块，片选、地址、AD转换时钟产生模块和串口控制模块，其中AD转换后的粗码数字量进入粗码角度处理模块计算出粗码角度数据；AD转换后的细码数字量进入细码角度处理模块计算出细码角度数据；AD转换后的视场监视码由视场监视码处理模块计算得出太阳是否在敏感器视场之内的标志量；粗码角度数据和细码角度数据通过粗细码同步模块进行同步；数据打包模块将同步后的角度数据和视场标识按照通讯协议规定的数据格式进行打包后通过串口控制模块输出给通讯接口 ；片选、地址、AD转换时钟产生模块产生模拟开关的片选信号、地址译码信号和AD的工作时钟信号。本专利技术与现有技术相比的优点在于:(I)本专利技术相对于传统太阳敏感器，在不改变其测量原理的条件下，根据目前的光学加工工艺水平，对敏感器结构进行了创新设计，两个光学测量组件正交排布，数字板、模拟板位于壳体内部，通过将光学测量系统、信号处理电路集成在同一机体内部，实现产品的一体化设计，实现产品的小型化，大大降低了产品重量；(2)本专利技术对光学测量组件结构进行了创新设计，实现了柱面镜、码盘、集成硅光电池等的结构小型化，尺寸缩小了 50%，形成了小型化的光学测量组件，例如在保证衍射效应不会对测量精度产生影响的前提下，可以将光缝宽度由0.1mm缩小到0.07mm,即单位角度在码盘上形成的光斑面积减小，码盘尺寸由60mmX 38mm缩小为41mmX 27mm,相应的集成娃光电池尺寸由37.5mmX 33mm缩小到29mm X 21mm ；(3)本专利技术在小型长寿命太阳敏感器设计中采用FPGA实现角度计算、时序电路、串行通讯控制等功能，大幅度提闻了广品的集成度，进一步实现了广品小型化；( 4 )本专利技术模拟板、数字板之间的信号传输通过挠性板连接，第一插件通过挠性板与数字板连接，第二接插件通过挠性板与模拟板连接，便于实现产品的小型化。附图说明图1为本专利技术小型长寿命太阳敏感器外形图1 ;图2为本专利技术小型长寿命太阳敏感器外形图2 ；图3为本专利技术小型长寿命太阳敏感器剖视图；图4为本专利技术小型长寿命太阳敏感器测角原理示意图；图5为本专利技术小型长寿命太阳敏感器光学组件示意图；图6为本专利技术小型 长寿命太阳敏感器信号处理电路原理框图；图7为本专利技术柱面镜、码盘和本文档来自技高网...

【技术保护点】
小型长寿命编码式太阳敏感器，其特征在于：包括第一光学测量组件(1)、第二光学测量组件(2)，光学基准镜(3)、安装板(4)、模拟板(5)、数字板(6)、壳体(10)、第一接插件(7)、第二接插件(8)、第一支撑柱(11)、第二支撑柱(40)、接地桩(9)和后盖(12)，其中第一光学测量组件(1)、第二光学测量组件(2)安装于安装板(4)之上，且第一光学测量组件(1)与第二光学测量组件(2)在安装板(4)上垂直放置，壳体(10)一端与安装板(4)连接，另一端与后盖(12)连接，形成一个封闭空间，第一接插件(7)、第二接插件(8)与接地桩(9)设置在后盖(12)上，模拟板(5)、数字板(6)、第一支撑柱(11)、第二支撑柱(40)安装在封闭壳体(10)内部，模拟板(5)通过第一支撑柱(11)固定在安装板(4)上，数字板(6)通过第二支撑柱(40)紧固在第一支撑柱(11)上，模拟板(5)、数字板(6)之间的信号传输通过挠性板实现，第一插件(7)通过挠性板与数字板(6)连接，第二接插件(8)通过挠性板与模拟板(5)连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：莫亚男，崔坚，贾锦忠，吕政欣，赵媛，刘江，陈然，刘鑫，秦素然，孙建波，严艾平，张韩笑，孙艳，尹路，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：