专利名称：Psd传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法
技术领域：
本发明涉及大型柔性结构振动检测，特别涉及一种PSD传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法，具体说是提供一种针对模拟柔性铰接多块板的太阳能帆板结构， 应用激光PSD传感系统实现弯曲和扭转模态振动检测的装置和方法。
背景技术：
航天器的太阳能帆板结构在航天器发射前必须折叠装载，入轨后再展开。有些太阳能帆板是铰链连接的可展开的多体连接结构，这些太阳能帆板结构具有如下特点一是质量轻，跨度大，二是帆板与帆板，帆板与航天器之间构成多体连接运动系统。这些特点导致其具有频率低、阻尼弱、低频模态密集等复杂动力学特性。这些动力学特性导致了扰动可能激起太阳能帆板结构发生复杂的振动。现有技术中，研究模拟太阳能帆板结构的弯曲模态和扭转模态振动控制，一般忽略连接铰链的作用，将太阳能帆板简化成柔性板或柔性梁结构。现有技术针对柔性悬臂板结构测量由采用压电片、加速度传感器和角速率陀螺等通过优化配置实现弯曲和扭转模态在检测和驱动上解耦，进行振动主动控制。但是压电陶瓷材料为脆性材料，材料的强度和疲劳寿命以及太空环境温度等影响，所以应用上受到一定的限制；加速度传感器的测量噪声相对较大，这需要对振动信号进行滤波处理，并且加速度传感器信号和角速度陀螺检测的振动信号还耦合航天器本体的加速度和角速率信号，在实际应用中还需要将航天器本体的信号解耦掉。并且，加速传感器的带宽限制，对于低频小幅值振动的检测将弓I入较大误差，影响测量精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种PSD传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法。为达到上述目的，本发明采用如下的方法和技术方案
所述的PSD传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法，该装置包括铰接板本体部分、检测部分；
——铰接板本体部分包括
柔性板I 3的一端通过机械支架夹持装置与基座固定为悬臂板，柔性板I 3、柔性板 II 5通过铰链I 4和铰链II 11连接，柔性板II 5和柔性板III 7通过铰链III 6和铰链IV 10 连接；柔性板I 3、柔性板II 5、柔性板III 7通过铰链连接构成铰接板；
激光发射器2通过支架I 1安装在基座上，二维PSD传感器8通过支架II 9安装在柔性板III 7的一端，激光发射器2的光轴线对准铰接板静止时的二维PSD传感器8的光敏面中心；
——检测部分包括
激光发射器2通过支架I 1安装在基座上，二维PSD传感器8检测激光发射器2发射的激光在二维PSD传感器8光敏面中心点产生光斑的位置变化信号，二维PSD传感器8将变化信号传输到PSD传感器信号处理卡15处理后，经过A/D数据采集卡12后输入到计算机13，计算机13与显示器14连接。 所述装置进行测量的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤
第一步二维PSD传感器8检测激光发射器2发射的激光在光敏面上的位置变化，二维 PSD传感器8的四个电极产生相应的变化电信号传输到PSD传感器信号处理卡15处理，再经过A/D数据采集卡12后输入到计算机13 ；
第二步计算机13根据二维PSD传感器的电流一位置坐标计算公式得到激光的位置坐
标，再通过如下解耦运算得到铰接板的扭转角度β和弯曲变形量；
所述铰接板末端扭转角度f 与光斑位置坐标Ci, J)、铰接板末端弯曲变形量Xw的几何关系为
铰接板末端弯曲变形量为
式中%力检测到的光斑位置横向坐标，J为检测到的光斑位置纵向坐标，L为铰接板宽度方向中线到二维PSD传感器有效区域中心的距离。
图1是本发明PSD传感器的铰接柔性板弯曲和扭转振动测量装置总体结构示意图，
图2是图1中铰接柔性板末端二维PSD左视图， 图3是铰接柔性板弯曲模态和扭转模态解耦原理图。图中示出1 一支架I，2—激光发射器，3—柔性板I，4一铰链I，5—柔性板II， 6—铰链III，7—柔性板III，8—二维PSD传感器，9一支架II，10—铰链IV，11 一铰链II，12— A/D数据采集卡，13—计算机，14一显示器，15—PSD传感器信号处理卡。
具体实施例方式
由上式得到扭转角度#为
权利要求
1.一种PSD传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法，其特征在于该装置包括铰接板本体部分、检测部分；——铰接板本体部分包括柔性板I (3)、柔性板II (5)、柔性板111(7)通过铰链连接构成铰接板，柔性板I (3)的一端通过机械支架夹持装置与基座固定为悬臂板，柔性板I (3)、柔性板II (5)通过铰链I (4)和铰链II (11)连接，柔性板II (5)和柔性板III(7)通过铰链III(6)和铰链IV(10)连接;激光发射器(2 )通过支架I(I)安装在基座上，二维PSD传感器(8 )通过支架II (9 )安装在柔性板111(7)的一端，激光发射器(2)的光轴线对准铰接板静止时的二维PSD传感器 (8)的光敏面中心；——检测部分包括
2.应用权利要求1所述装置进行测量的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤 第一步二维PSD传感器(8)检测到激光在其光敏面中心的位置变化后，二维PSD传感器(8)的四个电极产生相应的电信号传输到PSD传感器信号处理卡(15)处理，再经过A/D 数据采集卡(12)后输入到计算机(13)；第二步计算机(13)根据二维PSD传感器的电流一位置坐标计算公式得到激光的位置坐标，再通过如下解耦运算得到铰接板的扭转角度β和弯曲变形量Xw ；所述铰接板末端扭转角度Η与光斑位置坐标ζχ, 、铰接板末端弯曲变形量的几何关系为
全文摘要
本发明公开了一种PSD传感器的铰接板弯曲和扭转振动测量装置与方法。该装置包括铰接板本体部分和检测部分。铰接板结构由三块柔性板通过铰链连接在一起，在铰接柔性板固定基座安装一个激光发射器，二维PSD安装在铰接板末端边缘处。当铰接板振动时，二维PSD随着铰接板的振动而运动，激光发射器在二维PSD上产生的光斑位置也随之变化，二维PSD检测到变化信息后传输到计算机，计算机经过解耦运算分别得到铰接板弯曲和扭转的小幅值振动测量参数，用于振动分析或控制。本发明实现了铰接板结构弯曲和扭转振动在检测上的解耦。
文档编号G01B11/26GK102519378SQ20111039220
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者凌德芳, 邱志成 申请人:华南理工大学