作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的磁懸浮軸承研究的一部分，瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）的兩名工程師正在使用Kistler的測力臺設備來測試一種新型磁懸浮軸承反作用輪的微振動。基于精確的微振動測量，他們能夠驗證控制算法的有效性--這種控制算法能夠在整個速度范圍內(nèi)主動抑制同步振動，干擾和功耗減少，從而實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速。

2019年，瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）慶祝了35年的技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)移。這一研究機構(gòu)總部設在瑞士納沙泰爾，最初與制表行業(yè)有著密切的聯(lián)系：多年來已發(fā)展成為一個真正多功能的歐洲研發(fā)和技術(shù)的核心，最重要的是，它是瑞士及其他地區(qū)大學和行業(yè)客戶的寶貴合作伙伴。CSEM是一個非盈利組織，現(xiàn)在雇用了500多名研究人員和工程師，他們專注于廣泛的應用領(lǐng)域：可再生能源、生物醫(yī)療技術(shù)、微系統(tǒng)、工業(yè)自動化，量子和激光技術(shù)以及科學儀器（包括空間應用新技術(shù)的開發(fā)，如增材制造、柔性和磁懸浮致動器）。

圖片先進衛(wèi)星測試的重點是防止由機載執(zhí)行器引起的微振動，這可能（例如）降低相機圖像的質(zhì)量。

空間技術(shù)創(chuàng)新

在空間技術(shù)領(lǐng)域，CSEM多年來一直是歐洲航天局（ESA）的合作伙伴。他們聯(lián)合研究的一個重點——也是ESA中期戰(zhàn)略的一部分——消除衛(wèi)星上來自零部件產(chǎn)生的振動干擾。這些微振動不僅限制了衛(wèi)星姿態(tài)控制的精度，還會導致更高的能耗和圖像質(zhì)量惡化（成像任務時）。

在振源或有效載荷處有不同的方法來消除干擾振動。作為不同探索方法的一部分，CSEM目前有幾個項目--重點分別是數(shù)值模型、主動-被動減振以及基于算法的抑制。在其中一個項目中，CSEM及其合作伙伴正在研究一種基于磁懸浮的創(chuàng)新技術(shù)。CSEM微振動設備負責人Leopoldo Rossini報告說：“在奇石樂測量技術(shù)的支持下，我們對一個磁懸浮軸承的反作用輪原型產(chǎn)品進行了測試。而瑞士Celeroton公司的這項技術(shù)具有許多優(yōu)點，如無摩擦、幾乎無限的使用壽命、通過控制主動抑制不必要振動，以及在更高速度下實現(xiàn)更高性能?！?/p>

在位于納沙泰爾的CSEM中，Kistler高靈敏度、定制化的多分量測力臺（包含4個壓電式力傳感器）正在測試磁懸浮軸承反作用輪 。

極低振動的先進衛(wèi)星部件

CSEM工程師使用Kistler的測量鏈來測試反作用輪的振動。定制化、一體設計的測力臺包括四個壓電式三分量力傳感器，安裝在兩個預緊板之間，以此達到最大機械剛度（見圖）。該測力臺安裝在具有四個主動氣動隔振的花崗巖臺面上，以盡可能消除外部環(huán)境影響。由于微振動發(fā)生在mN范圍內(nèi)，因此需要一個高靈敏度、低噪聲的測量鏈。除了反作用輪外，還可以將步進電機和制冷機等各種執(zhí)行器放置在測力臺上用來進行測試。

在磁懸浮反作用輪工作情況時，轉(zhuǎn)速范圍為±20000rmp：這使得能夠抑制運行期間產(chǎn)生的主要振動多重諧波力的抑制算法有效性得到充分驗證。CSEM的研發(fā)工程師Guzmán Borque Gallego說：“由于磁懸浮幾乎無摩擦，因此此技術(shù)也會帶來更多應用機會。它讓我們幾乎可以自由地定位轉(zhuǎn)子，使振動最小化——例如，讓轉(zhuǎn)子繞其慣性主軸旋轉(zhuǎn)，以抑制與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)的振動，從而減少損耗接近于零?！?/p>

“來自Kistler的設備非常理想，它為我們提供了非常高質(zhì)量的測試結(jié)果?！?/p>

——CSEM 研發(fā)工程師Guzmán Borque Gallego

在CSEM處測得的微振動瀑布圖顯示了力的峰值振幅與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和頻率的函數(shù)關(guān)系（使用Kistler測力臺得出）。

精確的實時測量使閉環(huán)控制成為可能

Borque Gallego繼續(xù)補充道：“我們測量的力很小，在毫mN范圍內(nèi)，但即使是在μN范圍內(nèi)，我們?nèi)匀豢梢钥吹讲町悺＿@允許對所有測量進行準確判斷，從而在測試過程中獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)?！睌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)由20 kHz采樣頻率的高速系統(tǒng)處理，由于測量準確，可以清楚地識別控制算法帶來的效果（見圖表）。

Rossini補充道：“我們收到了來自合作伙伴和客戶的積極反饋，他們對此類數(shù)據(jù)有著豐富的經(jīng)驗。如果沒有Kistler的支持，這一切都不可能實現(xiàn)：他們的應用專家Reinhard Bosshard在許多方面都為我們提供了幫助，例如幫助我們選擇合適的設備來完成最理想測量鏈?！?/p>

盡管研究人員最初打算使用具有數(shù)字輸出的LabAmp5167A，但最終還是選擇了Kistler公司的5080A電荷放大器，該放大器能夠更精確的測量，并且由于模擬信號傳輸，具有更高的實時測試能力。Rossini補充說：“我們很高興在這里擁有新的Kistler技術(shù)，因為我們在歐空局和德國的合作伙伴也將其用于檢測用途。這種設備非常堅固，即使超過量程，也不會發(fā)生故障?，F(xiàn)在已經(jīng)證明了它的能力，我們肯定會在未來微振動領(lǐng)域的項目中和Kistler加速度傳感器一并使用?！?nbsp;

Kistler的5080A多通道實驗室電荷放大器在寬測量范圍內(nèi)提供高信號質(zhì)量，使其成為微振動測力臺應用的理想選擇。

為長途太空旅行做最好的準備

CSEM、Celeroton AG及其在德國的合作伙伴開發(fā)的磁懸浮軸承反作用輪技術(shù)可能會如何發(fā)展？會很快被發(fā)射到太空嗎？

“磁懸浮軸承反作用輪的優(yōu)點是顯而易見的：能產(chǎn)生比傳統(tǒng)反作用輪更低的振動和更高的轉(zhuǎn)速，這意味著性能的提高以及尺寸和重量的減輕。由于沒有摩擦，沒有磨損，產(chǎn)品的壽命幾乎是無限的，” Borque Gallego強調(diào)?！斑@是一個引以為傲的項目，我們希望能進入下一步：實際使用、測試，甚至與合作伙伴一起驗證?！?/p>

兩位來自納沙泰爾的CSEM的科學家-- Leopoldo Rossini（左）和Guzmán Borque Gallego，以及Kistler提供的用于空間技術(shù)測試的多分量測力臺及后端分析的測試鏈。

《航天應用的多分量力測量》網(wǎng)絡課程

Kistler推出航天應用的多分量力測量課程。作為業(yè)內(nèi)專家，Kistler專注于為空間應用開發(fā)可靠和精確的解決方案。我們與著名的航空航天公司合作，將在本次課程中分享我們積累的實踐經(jīng)驗。Kistler應用工程師將介紹壓電原理，概述測量鏈。討論力/力矩測量的實際問題，如安裝和調(diào)試。您還將深入了解奇石樂的力和扭矩測量的儀器，以及力限制振動測試（FLVT）。

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