一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计的制作方法

本发明涉及一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，属于加速度计领域。

背景技术：

1、大型卫星为应对平台设备和载荷设备对整星功率需求，已开始采用复合材料的大型柔性太阳翼，如果太阳翼有限元模型不准确则可能影响卫星在任务中的姿态控制精度。加速度计作为太阳翼挠性测量系统的重要组成部分，在nasa的自由号空间站、日本ets系列卫星先后进行的模态参数辨识试验中得到了充分验证。加速度计可配置于太阳翼四个角点处的用于测量振动加速度，验证太阳翼动力学模型的准确性，为设计提供依据，为模型修正提供参考，同时可诊断太阳翼在轨工作状态，为地面监测提供实时信息。

2、现有的空间应用加速度计的均需要整星提供电源，且在空间的舱外产品面临着环境温度变化范围达到为-100℃～+100℃，高精度的加速度计对温度敏感，需要实施测温及主动热控。大型挠性设备往往涉及空间展开，使得在其上布置的敏感器铺设电缆复杂且不可靠。为此用于空间大型挠性构件如柔性太阳翼、大型天线挠性参数测量的加速度计需要自身能够解决能源、通讯、热控等问题，实现完全的无线缆设计。现有设计中，往往仅实现了无线的通讯，而供电及热控仍需要依赖整星，未能完全去除电缆影响。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，使其具有自供电能力，达到瓦级能量收集及存储，实现无线测量传感器网络，并可以在空间宽温度范围下自主进行温控、储能安全管理、节能模式的电源管理。

2、本发明所采用的技术方案是：一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，包括：太阳能收集及充电单元、能量存储单元、二次电源、信号处理及电源管理单元、加速度计信号采集处理单元和无线天线；

3、太阳能收集及充电单元中的太阳电池片将光能转换为电能，太阳电池片布置于空间太阳翼的光照面，当太阳照射时，产生光电流；太阳电池片产生的光电流经锂离子电池充电器后形成充电电流，并利用电量计对锂离子电池状态进行监控；

4、能量存储单元采用可充电锂离子电池，利用锂离子电池充电器发送的充电电流对锂离子电池充电；当太阳光照射太阳电池片时，对锂离子电池充电，实现电能存储；当负载工作时，锂离子电池作为电源，提供负载所需的能量；

5、二次电源将能量存储单元的锂离子电池电压变换为后端负载所需的工作电压；

6、信号处理及电源管理单元中，信号处理单元产生加速度计采集所需的同步信号，完成三轴加速度计数据、加速度计温度值的收集，并将电量计输出的锂离子电池信息与加速度计数据一同进行数据打包，每个数据包标记测控系统的时标信息；数据通讯队列通过无线收发器进行无线数据传输；

7、加速度计信号采集处理单元包括加速度计本体及加速度计采集处理板；加速度计本体将加速度信息转换为电信号；加速度计采集处理板完成加速度计本体输出的模拟电流信号的采集处理，并根据信号处理及电源管理单元产生的同步信号与其进行数据通讯，提供加速度计测量数据、温度数据；

8、无线天线向外发送无线信号。

9、进一步的，所述太阳电池片的材料为三结砷化镓。

10、进一步的，所述二次电源采用dc-dc模块，不同负载对应的dc-dc模块配有使能控制端，信号处理及电源管理单元通过该使能控制端控制负载的通断电。

11、进一步的，所述信号处理单元提供rs-422的地检通讯接口，完成加速度计地面的温度补偿标定数据的采集。

12、进一步的，所述信号处理及电源管理单元中，电源管理单元控制二次电源中各个dc-dc模块的使能端，接收指令完成负载的上电、断电操作。

13、进一步的，所述加速度计本体内部配有温度传感器。

14、进一步的，所述自供电加速度计通讯采用wifi无线通讯，待发送的无线信号从无线发射引脚传出后，经2.4ghz带通滤波器组成的阻抗匹配网络后，由一个2.4ghz的无线天线辐射到空间中，实现无线数据的传输。

15、进一步的，所述加速度计采集处理板完成加速度计本体输出的模拟电流信号的采集处理包括i-v变换、信号滤波、信号放大、ad转换、数据误差补偿。

16、进一步的，一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，还包括热控单元，热控单元包括锂离子电池加热片和加速度计本体加热片，分别对锂离子电池和加速度计本体进行加热。

17、进一步的，所述信号处理及电源管理单元负责控制加热片的使能，电源管理单元根据采集的温度信息完成热控单元dc-dc模块的上电、断电操作。

18、本发明与现有技术相比的优点在于：

19、(1)本发明中，不仅实现了无线的传感器网络，其自供能可以为负载、热控提供保障，且不论在高温的阳照区，还是低温的阴影区均能正常工作，具备储能功能且供能水平达到瓦级。

20、(2)本发明中在单机产品中4000mah锂电池的使用，可确保能源的稳定存储，即便在阴影区也可保证充足的能量供给。

21、(3)本发明采用分布式的电源管理，可以针对不同的加热片、加速度计线路、加速度计表头负载、实时按需配置，使得整机可运行在低功耗模式。

22、(4)本发明针对锂电池供电系统的可靠性、安全性，设置多重保障，既有冗余测温，也有加热时长约束，重要的安全标志配有掉电保护。

23、(5)本发明采用wifi通讯模块，配合自供电设计，可使产品达到无线缆设计，多个节点布置在大型挠性结构上，不存在电缆走线困难问题，可实现无线传感器网络，完成对大型机构挠性参数实时监测。

技术特征：

1.一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，包括：太阳能收集及充电单元、能量存储单元、二次电源、信号处理及电源管理单元、加速度计信号采集处理单元和无线天线；

2.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述太阳电池片的材料为三结砷化镓。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述二次电源采用dc-dc模块，不同负载对应的dc-dc模块配有使能控制端，信号处理及电源管理单元通过该使能控制端控制负载的通断电。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述信号处理单元提供rs-422的地检通讯接口，完成加速度计地面的温度补偿标定数据的采集。

5.根据权利要求3所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述信号处理及电源管理单元中，电源管理单元控制二次电源中各个dc-dc模块的使能端，接收指令完成负载的上电、断电操作。

6.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述加速度计本体内部配有温度传感器。

7.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述自供电加速度计通讯采用wifi无线通讯，待发送的无线信号从无线发射引脚传出后，经2.4ghz带通滤波器组成的阻抗匹配网络后，由一个2.4ghz的无线天线辐射到空间中，实现无线数据的传输。

8.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述加速度计采集处理板完成加速度计本体输出的模拟电流信号的采集处理包括i-v变换、信号滤波、信号放大、ad转换、数据误差补偿。

9.根据权利要求1所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，还包括热控单元，热控单元包括锂离子电池加热片和加速度计本体加热片，分别对锂离子电池和加速度计本体进行加热。

10.根据权利要求9所述的一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其特征在于，所述信号处理及电源管理单元负责控制加热片的使能，电源管理单元根据采集的温度信息完成热控单元dc-dc模块的上电、断电操作。

技术总结
本发明提供一种用于空间太阳翼挠性测量的无线自供能加速度计，其能量的来源主要为太阳产生的光能量，采用了三轴石英挠性加速度计实现加速度测量，采用锂离子电池来实现能量的存储，电源管理单元为信号处理、热控单元、无线通讯提供能量，并完成对锂电池的充电及电量信息统计。本发明可以在空间宽温度范围下自主进行温控、储能安全管理、节能模式的电源管理。

技术研发人员：梁鹤,左富昌,郎燕,牛和明,孙建波,张慧锋,洪帅,高长山,李金涛,龚德铸
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13