用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的双轴无磁转台的制作方法

1.本发明涉及一种用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的双轴无磁转台及使用该设备进行姿态调整的方法。


背景技术：

2.地磁测绘卫星上的高精度矢量磁场测绘，需要将1个矢量磁力仪与3个高精度星敏感器集成在一体化刚性平台上，组成高精度磁测光学一体化平台，利用星敏感器的惯性空间指向测量能力，通过坐标转换，实现矢量磁力仪指向的指向测量。在地面上，需要在磁环境较好的外场自然条件下，将高精度磁测光学一体化平台安装到合适的二轴无磁转台上，同时进行星敏感器和矢量磁力仪的标定测量，确定两者的测量坐标系传递矩阵。
3.高精度磁测光学一体化平台包络尺寸约为800mm
×
400mm
×
400mm，安装面尺寸为500mm
×
250mm，传感器中心距离安装面的高度为110mm，重量约为8kg。测量时，需要将高精度磁测光学一体化平台围绕传感器中心实现绕水平轴
±
40度转动，每8度间隔锁定；绕竖直轴360度转动，任意位置锁定。高精度磁测光学一体化平台外场标定环境需要周围没有大型的公路、厂矿和居民住宅区域，电磁环境干净，周围没有光污染，具备良好的观星条件。
4.一般常用的双轴无磁转台均是为了满足在实验室环境下对小型磁传感器的测量，无法直接满足高精度磁测光学一体化平台的大尺寸、高承载、外场试验便携性的需求。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的双轴无磁转台及方法，解决了外场标定时高精度磁测光学一体化平台的姿态调整问题。
6.本发明的技术解决方案是：
7.一种用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的双轴无磁转台，包括底座部分、竖直轴转动部分和水平轴转动部分；
8.所述的底座部分包括地脚支撑和底座主体，底座主体周围一圈有带角度刻度的凸起；底座主体下方安装有四个地脚支撑，用于整个设备的调平；
9.所述的竖直轴转动部分包括环形导轨、竖直转轴、竖直转轴轴套、中层连接架、竖直转动导靴、竖直转动锁紧座、竖直转动锁紧机构；其中，环形导轨设置在底座主体的一圈凸起内侧，竖直转轴安装在底座主体中心位置，中层连接架通过竖直转轴轴套与竖直转轴连接，实现转动功能；
10.中层连接架呈倒t形结构，其水平横梁的中心位置设有竖直转轴轴套的安装孔，水平横梁的四角通过四套竖直转动导靴与环形导轨接触，实现对安装在中层连接架上设备的支撑；中层连接架水平横梁的两端各装有竖直转动锁紧座，通过竖直转动锁紧机构实现任意位置的锁紧；
11.所述的水平轴转动部分包括水平转动导轨、水平转动锁紧机构、水平转动锁紧座、
水平转动角度定位盘、水平转动角度定位销、定位盘固定销、水平转轴内轴套、水平转轴外轴套、轴套定位环、端面滑动环、顶层连接架、水平转轴、水平转动导靴；
12.其中，顶层连接架通过水平转轴外轴套、水平转轴内轴套、轴套定位环、端面滑动环和水平转轴连接在中层连接架上，并实现绕水平轴的旋转和辅助支撑；
13.顶层连接架下方装有水平弧形转动导靴，并通过水平转动导轨实现在中层连接架上的支撑；水平转动角度定位盘安装在水平转轴伸出中层连接架的端部，其上设计有对应不同角度的定位孔，利用定位盘固定销将水平转动角度定位盘安装在水平转轴的端部，中层连接架对应位置安装有水平转动锁紧座，通过水平转动角度定位销实现不同角度的定位，同时利用水平转动锁紧机构实现辅助锁紧。
14.进一步的，底座主体为圆盘状结构，其上设置有多个用于轻量化设计的减重孔；地脚支撑和底座主体均使用铝合金材料。
15.进一步的，环形导轨、竖直转轴、竖直转轴轴套、竖直转动导靴均使用聚四氟乙烯材料，减少滑动摩擦力。
16.进一步的，中层连接架的竖直梁位于水平横梁的1/4位置处。
17.进一步的，水平转动导轨、水平转轴外轴套、水平转轴内轴套、端面滑动环、水平转动导靴均使用聚四氟乙烯材料，减少滑动摩擦力。
18.进一步的，顶层连接架为平板状结构，一端设置有三角状支架，该三角状支架顶端设置有安装通孔，水平转轴依次穿过该安装通孔、端面滑动环、水平转轴内轴套、轴套定位环、水平转轴内轴套连接在中层连接架的竖直梁安装孔上，水平转轴外轴套套在水平转轴内轴套和轴套定位环外侧，与竖直梁安装孔接触。
19.进一步的，顶层连接架上用于安装磁测光学一体化平台，该磁测光学一体化平台包括连接部分、星敏感器和矢量磁力仪；杆状连接部分的一端为若干星敏感器，另一端安装有矢量磁力仪。
20.进一步的，矢量磁力仪的中心同时位于无磁转台的垂直转轴和水平转轴上。
21.进一步的，连接部分的延伸方向、顶层连接架的延伸方向、中层连接架水平横梁的延伸方向均与无磁转台的水平转轴平行。
22.进一步的，本发明还提出一种姿态调整方法，步骤如下：
23.步骤一、将双轴无磁转台从包装箱中取出，放置到外场标定现场；
24.步骤二、利用地脚支撑将双轴无磁转台的底座主体调平，并将顶层连接架调整至水平位置；
25.步骤三、将集成了矢量磁力仪与三个星敏感器的磁测光学一体化平台安装到双轴无磁转台上；
26.步骤四、连同磁测光学一体化平台一起，将顶层连接架绕水平轴旋转，调整至目标角度，并利用水平转动角度定位销和水平转动锁紧机构锁紧；
27.步骤五、连同磁测光学一体化平台一起，将中层连接架、顶层连接架绕竖直轴转动，调整至目标角度，并利用两端的竖直转动锁紧机构锁紧；
28.步骤六、矢量磁力仪外场标定完成后，将顶层连接架调整至水平位置，拆下磁测光学一体化平台，将双轴无磁转台设备装入包装箱。
29.本发明与现有技术相比的优点在于：
30.(1)本发明的轻便式双轴无磁转台，经过优化设计，实现了绕其上被测矢量磁力仪中心竖直及水平两个轴的姿态转动调整，其结构紧凑，重量轻，同时兼顾了被测一体化刚性平台的大包络尺寸承载与设备自身的便携性，具有承载大、重量轻、成本低的优点，极大地减轻了人员劳动的强度，提高了工作效率。
31.(2)本发明的转动部分采用聚四氟乙烯非金属无磁材料的滑动摩擦结构，具有无磁、无油、整体结构简单、成本低、运转灵活的优点。
32.(3)本发明的水平轴转动部分的顶层连接架经过结构优化设计，采用水平转轴和弧形转动导靴的半悬臂旋转支撑结构，既保证了结构强度和运转灵活性，又缩小了设备的尺寸，减少了设备的重量。
附图说明
33.图1为本发明轻便式双轴无磁转台的结构示意图；
34.图2为本发明设备的水平转轴部分结构示意图；
35.图3为本发明设备固定高精度磁测光学一体化平台的示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明做进一步说明。
37.本发明对现有方法进行改进时，还存在一定的制约：比如，矢量磁力仪安装在高精度磁测光学一体化平台一端，转台要实现绕矢量磁力仪中心的两轴高精度移动与锁定功能；考虑到电缆等测试附件，转台承载质量按照10kg考虑；为了满足高精度磁测光学一体化平台外场标定环境，标定现场一般在山林地区，没有起重机等吊装、运输设备，要求无磁转台结构简单、便携，重量能够满足两人搬运需求，具有调平功能。因此，对于大尺寸、高承载的轻便式双轴无磁转台设备，需要进行特殊的优化设计才能实现。
38.本实施例中，轻便式双轴无磁转台设备的结构如图1、图2所示，包括底座部分、竖直轴转动部分和水平轴转动部分。
39.底座部分包括地脚支撑1、底座主体2。底座主体2使用铝合金材料并进行轻量化设计，底座主体2周围一圈有带角度刻度的凸起；底座主体2下方安装有4个铝合金地脚支撑1，用于整个设备的调平。底座主体2为圆盘状结构，其上设置有多个用于轻量化设计的减重孔。
40.竖直轴转动部分包括环形导轨3、竖直转轴4、竖直转轴轴套5、中层连接架6、竖直转动导靴8、竖直转动锁紧座9、竖直转动锁紧机构10。其中，环形导轨3、竖直转轴4、竖直转轴轴套5、竖直转动导靴8使用聚四氟乙烯材料，减少滑动摩擦力；其余部件材料均为铝合金。环形导轨3设置在底座主体2的一圈凸起内侧，竖直转轴4安装在底座主体2中心位置；中层连接架6通过竖直转轴轴套5与竖直转轴4连接，实现转动功能；
41.中层连接架6呈倒t形结构，其水平横梁的中心位置设有竖直转轴轴套5的安装孔，水平横梁的四角通过四套竖直转动导靴8与环形导轨3接触，实现对安装在中层连接架6上设备的支撑；中层连接架6水平横梁的两端各装有竖直转动锁紧座9，通过竖直转动锁紧机构10实现任意位置的锁紧；
42.中层连接架6的竖直梁位于水平横梁的1/4位置处。
43.水平轴转动部分包括水平转动导轨7、水平转动锁紧机构11、水平转动锁紧座12、水平转动角度定位盘13、水平转动角度定位销14、定位盘固定销15、水平转轴内轴套17、水平转轴外轴套16、轴套定位环18、端面滑动环19、顶层连接架20、水平转轴21、水平转动导靴22。
44.其中，水平转动导轨7、水平转轴外轴套16、水平转轴内轴套17、端面滑动环19、水平转动导靴22使用聚四氟乙烯材料，减少滑动摩擦力；其余部件材料均为铝合金。
45.顶层连接架20通过水平转轴外轴套16、水平转轴内轴套17、轴套定位环18、端面滑动环19和水平转轴21连接在中层连接架6上，并实现绕水平轴的旋转和辅助支撑功能；
46.具体的，顶层连接架20为平板状结构，一端设置有三角状支架，该三角状支架顶端设置有安装通孔，水平转轴21依次穿过该安装通孔、端面滑动环19、水平转轴内轴套17、轴套定位环18、水平转轴内轴套17连接在中层连接架6的竖直梁安装孔上，水平转轴外轴套16套在水平转轴内轴套17和轴套定位环18外侧，与竖直梁安装孔接触。
47.顶层连接架20下方装有水平弧形转动导靴22，并通过水平转动导轨7实现在中层连接架6上的支撑。水平转动角度定位盘13上设计有对应不同角度的定位孔，利用定位盘固定销15将水平转动角度定位盘13安装在水平转轴21的端部，中层连接架6对应位置安装有水平转动锁紧座12，通过水平转动角度定位销14实现不同角度的定位，同时利用水平转动锁紧机构11实现辅助锁紧。
48.如图3所示，顶层连接架20上用于安装磁测光学一体化平台23，该磁测光学一体化平台23包括连接部分、星敏感器25和矢量磁力仪24；杆状连接部分的一端为若干星敏感器25，另一端安装有矢量磁力仪24。矢量磁力仪24的中心同时位于无磁转台的垂直转轴和水平转轴上。
49.本发明的转台用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定时的姿态调整方法如下：
50.a)将本发明轻便式双轴无磁转台设备从包装箱中取出，放置到外场标定现场。
51.b)利用地脚支撑1将本发明轻便式双轴无磁转台设备的底座主体2调平，并将顶层连接架20调整至水平位置；
52.c)将集成矢量磁力仪24与3个高精度星敏感器25的高精度磁测光学一体化平台23安装到本发明轻便式双轴无磁转台设备上，如图2所示；由于高精度磁测光学一体化平台23状态已知，通过提前设计，矢量磁力仪24中心分别在设备垂直转轴和水平转轴上。
53.d)连同高精度磁测光学一体化平台23一起，将顶层连接架20绕水平轴旋转，调整至目标角度，并利用水平转动角度定位销14和水平转动锁紧机构11锁紧；
54.e)连同高精度磁测光学一体化平台23一起，将中层连接架6、顶层连接架20绕竖直轴转动，调整至目标角度，并利用两端的竖直转动锁紧机构10锁紧；
55.f)矢量磁力仪外场标定完成后，将顶层连接架20调整至水平位置，拆下高精度磁测光学一体化平台23，将本发明轻便式双轴无磁转台设备装入包装箱。
56.本实施例中，用于地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的轻便式双轴无磁转台设备的具体参数为：
57.a)本发明轻便式双轴无磁转台设备自重20kg，最大承重10kg。
58.b)本发明轻便式双轴无磁转台设备，其上固定的高精度磁测光学一体化平台包络尺寸约为800mm
×
400mm
×
400mm，安装面尺寸为500mm
×
250mm，传感器中心距离安装面的高
度为110mm。
59.c)本发明轻便式双轴无磁转台设备绕竖直轴转动角度为0～360度，任意位置锁定；绕水平轴
±
40度转动，每8度间隔锁定。
60.可以看出，本发明轻便式双轴无磁转台设备通过以上结构形式，结构紧凑，重量轻，能方便的实现两轴转动及锁定，满足地磁测绘卫星矢量磁力仪外场标定的需要。
61.上述实施例只是本发明应用的一种列举，本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明技术方案的情况下进行各种改进和更换，同样落入本发明的保护范围。
62.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。