Лабораторные стенды для определения калибровочных характеристик солнечных датчиков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторные стенды для определения калибровочных характеристик солнечных датчиков

Существует множество испытательных стендов для калибровки солнечных датчиков. Для анализа нами были выбраны ниже перечисленные лабораторные установки.

В Институте Прикладной Математики им. М.В.Келдыша Российской академии наук был разработан стенд для определения характеристик солнечного датчика (рисунок 1) [3]. В состав которого входят:

- имитатор солнечного излучения, представляющий собой ксеноновую лампу, спектр которой схож со спектром Солнца.

Лампа помещена в специальный корпус, который позволяет собрать с помощью внутренних зеркал и направить в выходное отверстие часть света лампы. У отверстия лампы находится собирающая линза, выполненная из кварцевого материала, пропускающего практически весь спектр лампы. Мощность, подаваемая на ксеноновую лампу, регулируется с помощью специального источника питания.

- поворотный стол - механическое устройство, позволяющее задать требуемое положение предмета с помощью двух поворотов. Датчик помещается в центре диска. Один поворот обеспечивает вращение на угол ц относительно центра диска с точностью 0.025^o, другой поворот задает наклон плоскости диска на угол у с точностью 1^o.

- блок питания датчика - задает необходимое напряжение для работы датчика U = 5В .

- персональный компьютер - считывает и обрабатывает поступающие с датчика данные. [3]

Недостатки существующей установки заключаются в следующем:

Во-первых, хотя на выходе имитатора Солнца имеем параллельный пучок света, его направление сложно измерить даже с точностью 1^o. Это приводит к тому, что с помощью поворотного стола сложно задать с хорошей точностью вектор направления на Солнце в системе координат, связанной с датчиком. Во-вторых, задание наклона плоскости диска поворотного стола возможно с точностью только 1^o, что вносит свои сложности в задачу определения направления на Солнце с заявленной производителем точностью датчика 0.1^o [3].

лабораторный стенд датчик калибровка

Рисунок 1 - Вид стенда

В Московском физико-техническом институте был создан стенд для проведения испытаний, разработан план калибровочных испытаний и проведен ряд экспериментов (рисунок 2).

Стенд, включает в себя имитатор Солнца, поворотный стол с программным управлением, а также программный модуль, управляющий движением поворотного стола и обрабатывающий результаты измерений [4].

Рисунок 2 - Установка для проведения калибровки

Система поворотного стола с двумя степенями свободы обладает точностью поворота в одну минуту и имеет цифровое программное управление через интерфейс RS-232, с собственной системой команд.

Имитатор солнечного света является источником излучения, повторяющего спектр и интенсивность Солнца на околоземной орбите. В основе имитатора Солнца лежит газоразрядная лампа.

Поворотный стол с установленным на него солнечным датчиком с высокой точностью совершает повороты, при этом с датчика снимаются измерения. Затем вычисляются координаты светового пятна на кристалле и углы направления на Солнце. [4]

При разработке испытательного стенда для проведения калибровочных характеристик солнечных датчиков необходимо рационально подходить к выбору основных элементов и приборов, входящих в состав данных экспериментальных установок.

Для успешного решения этой задачи в соответствии с требованиями надежности, долговечности и работоспособности, необходимо обеспечить максимальное приближение условий тестирования к натуральным условиям. То есть важное значение имеет выбор имитатора солнечного излучения. В идеальном случае для измерения параметров солнечных элементов должны использоваться имитаторы с наилучшим приближением воспроизведения всех параметров солнечного излучения, таких как плотность потока, спектральный состав, параллельность лучей, стабильность во времени и равномерность освещения [5].

Оптимальным является использование импульсных ксеноновых ламп в качестве источника излучения в комплексе с неосевой оптической системой без преломляющих элементов (линз) с использованием системы зеркал различной формы, спрямляющих и концентрирующих исходящий поток лампы. Такая система должна уменьшить стоимость установки и в определенном смысле упростить конструкцию, одновременно удовлетворяя требуемому уровню показателей исходящего потока имитатора [5].

После проведенного анализа предполагается улучшить схему поворотного стола. В качестве поворотной платформы предлагается использование робота КазНТУ (Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева) - это действующая модель робота, созданная в КазНТУ, имеет замкнутую кинематическую цепь, 6 степеней подвижности, демонстрирует функциональные возможности параллельных манипуляторов, повышенную нагрузочную способность. Управляется микроконтроллером через учебный микроконтроллерный комплект. Этот робот работает под управлением компьютера, не имеет аналогов в мире. На рисунке 3 приведена кинематическая схема робота КазНТУ [6].

Рисунок 3 - Схема робота КазНТУ

Механизм состоит из двух подвижных кинематических цепей (1), (3) и соединительного звена 2. Два поступательных движений в каждом из кинематических цепей совершаются в параллельных плоскостях І и ІІ, а поступательные движения звена 4 относительно платформы 2 - в направлениях, пересекающих плоскости І и ІІ. Управляемый шестиподвижный механизм робота КазНТУ обеспечивает объекту манипулирования шесть степеней свободы. Одной из особенностей данного механизма является также и то, что его соединительное звено имеет переменную длину за счет призматического соединения 2-5, а захватное устройство, имеющее возможность ротации, может располагаться как между центрами шарниров А и В, так и вне их [6]. Данная модель поворачивается по трем осям, а также позволяет обеспечить точность поворота не хуже, чем 0,1° для каждой из осей. В настоящее время поворотная платформа находится на стадии усовершенствования.

Список литературы

1. Датчик солнечной ориентации для микроспутника / Михаил Владов, Даниил Украинцев, Румен Недков // Eighth Scientific Conference with International Participation SPACE, ECOLOGY, SAFETY 4-6 November 2012, Sofia, Bulgaria. С.231.

2. http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1042.pdf

3. Калибровка датчиков для определения ориентации малого космического аппарата / Д.С.Иванов [и др.] // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2010. № 28. 30 c. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2010-28

4. Лабораторное исследование характеристик солнечного датчика на основе полупроводникового кристалла для системы определения ориентации микроспутников / Д.С.Иванов [и др.] // Московский физико-технический университет. 2014. С.18 - 20.

5. Имитаторы солнечного излучения для испытаний фотоэлектрических батарей космического назначения / А. В. Колинчук, Ю. А. Шепетов // Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», Украина // Авиационно-космическая техника и технология, 2015, №3. С.73,78.

6. Шоланов К.С. Основы мехатроники и робототехники [Текст] : учебник для студ. техн. спец. вузов Казахстана; Рекомендовано МОН РК / К. С. Шоланов. - Алматы : Эверо, 2010. - 128 с.

Размещено на Allbest.ru