[发明专利]一种适用于薄膜天线在真空环境下的模态测试系统

说明书

一种适用于薄膜天线在真空环境下的模态测试系统，由薄膜天线框架结构、阶跃激励装置、直流稳压电源及控制电路、扫描式激光测振仪、单点式激光测振仪、真空环境模拟器、数据采集与分析系统组成。薄膜天线框架结构将薄膜天线固定于外框架上，并通过调节螺栓的调力方式将不同的面内预应力导入到薄膜天线中。阶跃激励装置由不同型号和不同数量的电磁铁激励器组成，并由直流稳压电源及控制电路提供可调节的周期性阶跃激励信号，用于激励薄膜天线产生相应的模态振型。扫描式激光测振仪和单点式激光测振仪安装于真空环境模拟器外，发射的激光束穿过真空环境模拟器上的光学玻璃观察窗后，最终落到薄膜天线上。数据采集与分析系统通过对两台激光测振仪的返回信号进行采集和数据分析，最终得到薄膜天线的各阶模态频率和振型。

技术领域

本发明涉及一种适用于薄膜天线在真空环境下的模态测试系统，可用于薄膜类结构在真空环境下的模态试验中，获得薄膜类结构的各阶模态频率和振型，为产品特性摸索和设计改进提供可靠依据。

背景技术

平面薄膜结构因具有质量轻、收纳体积小等优点而在大型航天器薄膜天线、太阳帆、遮光罩等方面具有良好的应用前景。平面薄膜结构的模态特性直接决定或很大程度上影响着结构的型面精度保持以及振动控制等方面，而模态分析的正确性需要通过开展地面试验来进行验证。目前关于平面薄膜结构的地面模态试验，多数是在大气环境下开展的，由于薄膜结构为轻质柔性结构，空气对其模态分析结果具有不可忽略的影响，它增加了质量并改变了结构的阻尼特性。为了更加准确地获得平面薄膜结构本身的模态特性，在真空环境下开展模态试验是十分必要的。

对于平面薄膜结构的模态激励方法，现有手段主要有声激励法、磁激励法、MFC贴片激励法等，但每种方法都有一定的应用局限性。声激励法无法用于真空环境下的测试，磁激励法和MFC贴片激励法需要在薄膜上粘贴小磁铁或MFC压电贴片，这同样会给薄膜引入一定的附加质量，尤其对于小型薄膜结构，会给测试结果带来误差。另外在用激光测振仪对薄膜的模态进行扫描测量时，国外研究人员采用了将激光测振仪放置在真空环境模拟器内的方法，这对设备安装空间提出了很高要求，不适用于小型真空环境模拟器，同时为了保护激光测振仪免受真空环境的影响，还需制作特殊的保护装置，这无疑增加了工装设计的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于薄膜天线在真空环境下的模态测试系统，大大减少了设备安装的空间需求和复杂程度。

本发明采用的技术解决方案是：

一种适用于薄膜天线在真空环境下的模态测试系统，包括：薄膜天线测试组件、阶跃激励组件、测试环境组件和测试仪组件；

测试环境组件提供真空测试环境，薄膜天线测试组件设置在测试环境组件内部，阶跃激励组件用于提供阶跃激励，测试仪组件用于发射测试激光信号、采集反射激光信号以及进行模态分析。

进一步的，测试环境组件包括真空环境模拟器(3)和设置在真空环境模拟器(3)上的光学玻璃观察窗(11)，测试仪组件发射的测试激光信号从光学玻璃观察窗(11)进入真空环境模拟器(3)，薄膜天线反射的激光信号从光学玻璃观察窗(11)射出。

进一步的，阶跃激励组件包括阶跃激励装置(2)、直流稳压电源(9)和控制电路(10)；阶跃激励装置(2)设置在真空环境模拟器(3)内部，阶跃激励装置(2)通过穿舱电缆与真空环境模拟器(3)外的用于供电的直流稳压电源(9)相连接，直流稳压电源(9)由控制电路(10)进行控制，为阶跃激励装置(2)提供可调节的周期性阶跃脉冲信号。

进一步的，阶跃激励装置(2)采用一台或多台电磁铁激励器实现。

进一步的，电磁铁激励器的选型由所需的激励位移大小和激励力大小来进行确定，电磁铁激励器的数量及安装位置由仿真分析所得到的薄膜天线模态振型以及需要测量的模态阶数来进行确定。