(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221939351.5 (22)申请日 2022.07.26 (73)专利权人 中国科学院国家天文台南京 天文 光学技术研究所 地址 210042 江苏省南京市玄武区板 仓街 188号 (72)发明人 郭伟　窦江培　许明明　孔令一　 刘宝禄　陈博　江舒　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 朱炳斐 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G02B 26/00(2006.01) (54)实用新型名称 一种用于温室气体监测的压电驱动型空间 滤光轮光机装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种用 于温室气体监测 的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 包括超声电 机、 支撑座、 轴承座支撑座、 滤光片转盘组件、 柔 性联轴器、 轴承座、 深沟球轴承、 轴承端盖、 轴用 锁紧螺母、 探测器、 探测器支 撑架和光机底板。 当 需切换滤光片时， 超声电机开启， 并通过柔性联 轴器驱动滤光片转盘组件转动， 编码器和超声电 机芯轴集 成装配。 编码器通过监测超声电机的转 动角度确定滤光片位置。 当编码器监测到的角度 和滤光片需转到的位置一致时， 超声电机关闭， 此时滤光片转轮机构完成滤光， 对 所需波长的光 谱进行探测成像， 从而分析出不同温室气体在大 气中的含量与浓度。 本实用新型空间结构紧凑、 质量轻、 可靠性高， 可满足星载高光谱仪器的多 光谱成像要求。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 217954246 U 2022.12.02 CN 217954246 U 1.一种用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特征在于， 所述装置 包括超声电机(1)、 支撑座(2)、 轴承座支撑座(3)、 滤光片转盘组件(4)、 柔性联轴 器(5)、 轴 承座(6)、 深沟球轴承(7)、 轴承端盖(8)、 轴用锁紧螺母(9)、 探测器(11)、 探测器支撑架(12) 和光机底板(13)； 所述滤光片转盘组件(4)包括滤光片转盘(41)、 滤光片组件(42)和滤光片 安装压圈(43)； 所述支撑座(2)固定在光机底板(13)上， 所述超声电机(1)、 轴承座支撑座(3)固定安装 在支撑座(2)上； 所述深沟球轴承(7)装配于轴承座(6)上并集成装配在轴承座支撑座(3) 上， 滤光片转盘(41)的转轴贯穿轴承座支撑座(3)和深沟球轴承(7)后通过柔性联轴器(5) 与超声电机(1)相连， 所述轴承端盖(8)、 轴用锁 紧螺母(9)装配在所述转轴上， 分别对深沟 球轴承(7)的外圈和内圈进行轴向限位， 所述超声电机(1)通过柔性联轴器(5)驱动滤光片 转盘组件(4)转动实现周期性的多谱段滤光， 所述超声电机(1)的芯轴上集成编码器， 用于 实时采集超声电机芯轴转动的角度并反馈给与编码器输出端连接的超声电机(1)的控制 器； 所述探测器(11)通过探测器支撑架(12)安装在光机底板(13)上， 用于对经过滤光片转 盘组件(4)后的光谱进行探测成像； 所述滤光片转盘(41)的轴线和超声电机(1)的轴线同 轴， 且平行于待测光路 的中心线， 超声电机(1)的轴线平行于待测光路的中心线； 所述滤光 片组件(42)包括沿滤光片转盘(41)周向均匀分布的4个不同谱段波长的滤光片， 各滤光片 分别通过滤光片安装压圈(43)安装在滤光片转盘(41)上； 4个不同谱段波长的滤光片分别 为： 波长范围0.759～0.769μm的氧气O2吸收带， 1.568～1.583μm的弱CO2吸收带、 1.642 ‑ 1.658 μm的CH4吸收带和2.043～ 2.058 μm的CO2强吸收带。 2.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 所述支撑座(2)包括相互垂直且一体成型的竖直部件和水平部件， 所述超声电机 (1)固定安装在竖直部件上， 水平部件安装在光机底板(13)上。 3.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 所述轴承座支撑座(3)通过支撑加强筋(10)安装在支撑座(2)上。 4.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 所述超声电机(1)采用宇 航级超声电机 。 5.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 所述轴承座支撑座(3)、 滤光片转盘(41)采用钛 合金材料。 6.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 所述深沟球轴承(7)经 过固体润滑处 理。 7.根据权利要求1所述的用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装置， 其特 征在于， 该装置 外表面经 过发黑处 理。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217954246 U 2一种用于温室气体监测的压电驱动型空间滤光轮光机装 置 技术领域 [0001]本实用新型属于空间光学仪器技术领域， 特别是一种应用于温室气体监测的基于 压电驱动的空间多光谱成像滤光轮机构装置 。 背景技术 [0002]星载高光谱探测大气温室气体浓度和 分布对研究全球碳循环和气候环境变化具 有重要意义。 星载高光谱遥感监测碳循环和大气温室气体含量的基础是大气中的气体分 子、 气溶胶粒子等相关物质， 它们使光学路径上的辐射能量发生变化。 由于 O2、 CH4和CO2不同 气体的光谱分辨 率和波段不 一样， 从而可以探测出不同气体浓度。 [0003]为了获取详细的不 同温室气体的光谱信息， 实现多谱段成像， 需要对进入系统的 光线进行过滤， 让特定谱段的光线透过滤光片从而在探测器成像， 而其他谱段的光线被截 止。 因此， 光学仪器中 需设计一种滤光轮机构来实现不同谱段光线的切换。 [0004]现有技术中， 多光谱 成像滤光片切换系统多以电磁电机驱动， 但因为负 载大， 重量 高， 往往需要使用较大功率的步进电机进行驱动， 从而导 致功耗高， 效率低。 [0005]此外， 现有的滤光片切换转轮机构为实现自锁定位， 常搭配蜗轮蜗杆传动机构， 这 导致目前的滤光片切换机构普遍体积、 重量大， 不能满足空间探测领域的特殊需求。 [0006]此外， 由于空间长寿命要求， 蜗轮蜗杆长期传动容易磨损， 啮合间隙变大， 易导致 传动精度降低， 且长时间啮合传动易造成寿命末期二硫化钼镀膜的脱落， 有 “冷焊”风险。 [0007]为了实现传动 平稳、 传递力矩大， 同时提高传动 精度， 研制一种新型滤光片转轮机 构切换机构十分 关键。 [0008]综上所述， 滤光片转轮机构组件不仅要结构紧凑， 可靠性高， 同时对其稳定性也提 出了非常高的要求。 如何研制出一种高精度、 高稳定性分光器切换装置来保证多谱段成像 质量成为本领域 技术人员亟 待解决的问题。 实用新型内容 [0009]本实用新型的目的在于针对现有滤光片转轮机构大多体积大， 且电磁兼容性差， 无法在特殊环境下工作的问题， 提供一种基于超声电机驱动的光学滤光片切换机构， 具有 结构紧凑、 稳定性高、 可靠性高、 质量轻且能够实现在轨准确 切换的特点。 [0010]实现本实用新型目的的技术解决方案为： 一种用于温室气体监测的压电驱动型空 间滤光轮光机装置， 所述装置包括超声电机、 支撑座、 轴承座支撑座、 滤光片转盘组件、 柔性 联轴器、 轴承座、 深沟球轴承、 轴承端盖、 轴用锁紧螺母、 探测器、 探测器支撑架和光机底板； 所述滤光片转盘组件 包括滤光片转盘、 滤光片组件和滤光片安装压圈； [0011]所述支撑座固定在光机底板上， 所述超声电机、 轴承座支撑座固定安装在支撑座 上； 所述深沟球轴承装配于轴承座上并集成装配在轴承座支撑座上， 滤光片转盘的转轴贯 穿轴承座支撑座和深沟球轴承后通过柔性联轴器与超声电机相连， 所述轴承端盖、 轴用锁 紧螺母装配在所述转轴 上， 分别对深沟球轴承的外圈和内圈进行轴向限位， 所述超声电机说　明　书 1/4 页 3 CN 217954246 U 3