阅读说明：本技术 一种微重力环境下微小物质装载装置及方法 (Device and method for loading micro-substances in microgravity environment ) 是由 窦康乐 黄摇 朱玥 郝明 廖航 彭建国 江吴萍 吴芸 王园园 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于航空航天技术领域,具体涉及一种微重力环境下微小物质装载装置及方法。其技术方案为：一种微重力环境下微小物质装载装置,包括通用工装夹具,通用工装夹具的内侧壁安装有平面静电吸附模块,通用工装夹具上分别设置有无线受电模块和高压整流模块；还包括倒拱形基座、样品罐和反应罐,倒拱形基座内固定有倒拱形静电吸附模块,倒拱形静电吸附模块与高压整流模块之间连接有对插连接器；样品罐套设于倒拱形基座的倒拱形静电吸附模块内；倒拱形基座和反应罐均可套设于通用工装夹具内。本发明提供了一种同时适配样品罐和反应罐且可对物质进行近似刚体化处理的微重力环境下微小物质装载装置及方法。(The invention belongs to the technical field of aerospace, and particularly relates to a device and a method for loading micro substances in a microgravity environment. The technical scheme is as follows: a micro substance loading device in a microgravity environment comprises a universal tool clamp, wherein a planar electrostatic adsorption module is mounted on the inner side wall of the universal tool clamp, and a wireless power receiving module and a high-voltage rectification module are respectively arranged on the universal tool clamp; the device also comprises an inverted arch base, a sample tank and a reaction tank, wherein an inverted arch electrostatic adsorption module is fixed in the inverted arch base, and an opposite insertion connector is connected between the inverted arch electrostatic adsorption module and the high-voltage rectification module; the sample tank is sleeved in the inverted arch-shaped electrostatic adsorption module of the inverted arch-shaped base; the inverted arch-shaped base and the reaction tank can be sleeved in the universal tool clamp. The invention provides a micro substance loading device and a method under a microgravity environment, which are simultaneously adaptive to a sample tank and a reaction tank and can carry out approximately rigid body treatment on substances.)

一种微重力环境下微小物质装载装置及方法

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种微重力环境下微小物质装载装置及方法。

背景技术

在空间微重力环境下对微小物质进行质量测量，需要将待测物质添加到样品罐或反应罐中，再将样品罐或反应罐装入工装夹具内。样品罐的形状为圆筒形，方便通过活塞将微小待测物质添加到样品罐中。为了适配工装夹具的形状，反应罐的形状为方形。适用于样品罐和反应罐的待测物质主要为微小颗粒或粉末，当在微重力环境下对待测物质进行质量测量时，样品管或反应罐中的待测物质会处于漂浮状态，进而降低质量测量精度。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种同时适配样品罐和反应罐且可对物质进行近似刚体化处理的微重力环境下微小物质装载装置及方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种微重力环境下微小物质装载装置，包括通用工装夹具，通用工装夹具的内侧壁安装有平面静电吸附模块，通用工装夹具上分别设置有无线受电模块和高压整流模块，无线受电模块和高压整流模块电连接，高压整流模块与平面静电吸附模块电连接；还包括倒拱形基座、样品罐和反应罐，倒拱形基座内固定有倒拱形静电吸附模块，倒拱形静电吸附模块与高压整流模块之间连接有对插连接器；对样品罐中微小物质进行测试时，倒拱形基座套设于通用工装夹具内，样品罐套设于倒拱形基座的倒拱形静电吸附模块内；对反应罐中微小物质进行测试时，反应罐套设于通用工装夹具内。

当对样品罐中的物质进行质量测量时，将待测物质装入样品罐中，并将样品罐安装到倒拱形基座内。无线受电模块将电能输送到高压整流模块，高压整流模块通过对插连接器对倒拱形基座内的倒拱形静电吸附模块供电。样品罐的物质受到倒拱形静电吸附模块的影响，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在样品罐的内壁上，从而确保待测物质不会在样品罐中随意移动，提高质量测量精度。其中，当待测物质为导体时，待测物质在倒拱形静电吸附模块的电场作用下产生静电感应；当待测物质为电介质时，待测物质在倒拱形静电吸附模块的电场作用下产生电介质极化。

当对反应罐中的物质进行质量测量时，将待反应物质预装于反应罐中，在微重力环境下使多种反应物直接在反应罐中发生反应并生成新物质。无线受电模块将电能输送到高压整流模块，高压整流模块对平面静电吸附模块供电。反应罐内的物质受到平面静电吸附模块的影响，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在反应罐的内壁上，从而确保待测物质不会在反应罐中随意移动，提高质量测量精度。其中，当待测物质为导体时，待测物质在平面静电吸附模块的电场作用下产生静电感应；当待测物质为电介质时，待测物质在平面静电吸附模块的电场作用下产生电介质极化。

作为本发明的优选方案，所述样品罐包括样品罐主体，样品罐主体套设于倒拱形基座的倒拱形静电吸附模块内，样品罐主体的一端连接有活塞芯杆，样品罐主体的另一端连接有吸嘴，吸嘴上封堵有胶塞。对于需要在微重力环境下进行在轨质量测量的微小质量待测物质，通过样品罐主体前端的吸嘴将待测物质吸入样品罐中，并通过胶塞密封吸嘴。将物质装好后，即可将样品罐安装到倒拱形基座内。

作为本发明的优选方案，所述对插连接器包括供电连接器，供电连接器安装于倒拱形基座上，供电连接器与倒拱形静电吸附模块电连接，通用工装夹具上设置有用于插接供电连接器的供电插口，供电插口与高压整流模块电连接。将倒拱形基座安装到通用工装夹具的凹槽内时，倒拱形基座上的供电连接器插入通用工装夹具上的供电插口内，则高压整流模块可通过对插连接器将能量输送到倒拱形静电吸附模块。

作为本发明的优选方案，所述反应罐包括反应罐主体，反应罐主体套设于通用工装夹具内，反应罐主体上设置有入口和采样口。待反应物质通过入口加入反应罐主体内，物质在反应罐内发生物理或化学反应，生成新的物质。

作为本发明的优选方案，所述通用工装夹具上连接有用于将样品罐或反应罐进行固定的束缚带。束缚带能将样品罐或反应罐束缚紧，保证质量测量时反应罐或样品罐位置稳定。

作为本发明的优选方案，所述通用工装夹具的底部安装有若干电磁吸附模块。电磁吸附模块应使通用工装夹具与质量测量平台保持接触而不脱离，提高在微重力环境下进行质量测量的测量准确度。

作为本发明的优选方案，所述样品罐和反应罐的材料均为透明材料，方便通过透明壳壁进行观察并确认状态。

作为本发明的优选方案，所述平面静电吸附模块和倒拱形静电吸附模块的表面覆有绝缘介质。

一种微重力环境下微小物质装载方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对样品罐中的物质进行测量时，通过前端吸嘴将待测物质转移入样品罐中，并密封前端吸嘴；将样品罐放入倒拱形基座内，将放入了样品罐的倒拱形基座置于通用工装夹具内，用对插连接器进行连接；

对反应罐中的物质进行测量时，将待反应物装入反应罐中；

S2：对样品罐中的物质进行测量时，对通用工装夹具内的无线受电模块进行供电，无线受电模块将接收的能量经高压整流模块稳压后对倒拱形基座内的倒拱形静电吸附模块供电；

对反应罐中的物质进行测量时，对通用工装夹具内的无线受电模块进行供电，无线受电模块将接收的能量经高压整流模块稳压后对通用工装夹具内的对平面静电吸附模块供电。

本发明的有益效果为：

1.本发明的倒拱形基座能用于装载样品罐，而倒拱形基座和反应罐均能装入通用工装夹具内，从而本发明的装载装置可同时适配于样品罐和反应罐，提高了个部件复用率及产品可靠性。

2.无线受电模块将电能输送到高压整流模块，高压整流模块通过对插连接器对倒拱形基座内的倒拱形静电吸附模块供电，或者高压整流模块对平面静电吸附模块进行供电。样品罐或反应罐中的待测物质受到高压电场的作用，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在样品罐或反应罐的内壁上，从而确保样品罐或反应罐中的待测物质不会在质量测试时产生相对位移，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1-通用工装夹具；2-倒拱形基座；3-样品罐；4-反应罐；5-对插连接器；6-束缚带；11-平面静电吸附模块；12-无线受电模块；13-高压整流模块；14-电磁吸附模块；21-倒拱形静电吸附模块；31-样品罐主体；32-活塞芯杆；33-吸嘴；34-胶塞；41-反应罐主体；42-入口；43-采样口；51-供电连接器；52-供电插口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1所示，本实施例的微重力环境下微小物质装载装置，包括通用工装夹具1，通用工装夹具1的内侧壁安装有平面静电吸附模块11，通用工装夹具1上分别设置有无线受电模块12和高压整流模块13，无线受电模块12和高压整流模块13电连接，高压整流模块13与平面静电吸附模块11电连接；还包括倒拱形基座2、样品罐3和反应罐4，倒拱形基座2内固定有倒拱形静电吸附模块21，倒拱形静电吸附模块21与高压整流模块13之间连接有对插连接器5；对样品罐3中微小物质进行测试时，倒拱形基座2套设于通用工装夹具1内，样品罐3套设于倒拱形基座2的倒拱形静电吸附模块21内；对反应罐4中微小物质进行测试时，反应罐4套设于通用工装夹具1内。

其中，所述样品罐3包括样品罐主体31，样品罐主体31套设于倒拱形基座2的倒拱形静电吸附模块21内，样品罐主体31的一端连接有活塞芯杆32，样品罐主体31的另一端连接有吸嘴33，吸嘴33上封堵有胶塞34。对于需要在微重力环境下进行在轨质量测量的微小质量待测物质，通过样品罐主体31前端的吸嘴33将待测物质吸入样品罐3中，并通过胶塞34密封吸嘴33。将物质装好后，即可将样品罐3安装到倒拱形基座2内。

所述对插连接器5包括供电连接器51，供电连接器51安装于倒拱形基座2上，供电连接器51与倒拱形静电吸附模块21电连接，通用工装夹具1上设置有用于插接供电连接器51的供电插口52，供电插口52与高压整流模块13电连接。将倒拱形基座2安装到通用工装夹具1的凹槽内时，倒拱形基座2上的供电连接器51插入通用工装夹具1上的供电插口52内，则高压整流模块13可通过对插连接器5将能量输送到倒拱形静电吸附模块2121。

其中，所述反应罐4包括反应罐主体41，反应罐主体41套设于通用工装夹具1内，反应罐主体41上设置有入口42和采样口43。待反应物质通过入口42加入反应罐主体41内，物质在反应罐4内发生物理或化学反应，生成新的物质。

所述通用工装夹具1上连接有用于将样品罐3或反应罐4进行固定的束缚带6。束缚带6能将样品罐3或反应罐4束缚紧，保证质量测量时反应罐4或样品罐3位置稳定。

当对样品罐3中的物质进行质量测量时，将待测物质装入样品罐3中，并将样品罐3安装到倒拱形基座2内。无线受电模块12将电能输送到高压整流模块13，高压整流模块13通过对插连接器5对倒拱形基座2内的倒拱形静电吸附模块21供电。样品罐3的物质受到倒拱形静电吸附模块21的影响，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在样品罐3的内壁上，从而确保待测物质不会在样品罐3中随意移动，实现对物质的近似刚体化处理，提高质量测量精度。其中，当待测物质为导体时，待测物质在倒拱形静电吸附模块21的电场作用下产生静电感应；当待测物质为电介质时，待测物质在倒拱形静电吸附模块21的电场作用下产生电介质极化。

当对反应罐4中的物质进行质量测量时，将待反应物质预装于反应罐3中，在微重力环境下使多种反应物直接在反应罐4中发生反应并生成新物质。无线受电模块12将电能输送到高压整流模块13，高压整流模块13平面静电吸附模块11供电。反应罐4内的物质受到平面静电吸附模块11的影响，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在反应罐4的内壁上，从而物质不会在反应罐4中随意移动，实现对物质的近似刚体化处理，提高质量测量精度。其中，当待测物质为导体时，待测物质在平面静电吸附模块11的电场作用下产生电磁感应；当待测物质为电介质时，待测物质在平面静电吸附模块11的电场作用下产生电介质极化。

本发明的倒拱形基座2能用于装载样品罐3，而倒拱形基座2和反应罐4均能装入通用工装夹具1内，从而本发明的装载装置可同时适配于样品罐3和反应罐4，提高了个部件复用率及产品可靠性。无线受电模块12将电能输送到高压整流模块13，高压整流模块13通过对插连接器5对倒拱形基座2内的倒拱形静电吸附模块21供电，或者高压整流模块13对平面静电吸附模块11进行供电。样品罐3或反应罐4中的待测物质受到高压电场的作用，通过静电感应或电介质极化的方式吸附在样品罐3或反应罐4的内壁上，从而确保待测物质不会在样品罐3中随意移动，提高质量测量精度。

需要说明的是，反应罐4用作不同物质进行物理、化学反应的容器，应能耐受高压、高温及腐蚀等伴生实验现象。倒拱形基座2的弧形凹槽应结合样品罐3的具体尺寸，使产生静电场的区域尽可能的大，并确保应用束缚带6约束后不会在测量过程中出现相对移动。

为了保证通用工装夹具1与质量测量平台连接更加可靠，所述通用工装夹具1的底部安装有若干电磁吸附模块14。电磁吸附模块14应使通用工装夹具1与质量测量平台保持接触而不脱离，提高在微重力环境下进行质量测量的测量准确度。

为了方便观察，所述样品罐3和反应罐4的材料均为透明材料，方便通过透明壳壁进行观察并确认状态。

所述平面静电吸附模块11和倒拱形静电吸附模块21的表面覆有绝缘介质。绝缘介质能防止电极上电荷流失及外界电场影响等，确保安全。

实施例2：

如图1所示，本发明的微重力环境下微小物质装载方法，其特征在于，包括如下步骤：

对样品罐3中的物质进行测量时：

对于需要在微重力环境下进行在轨质量测量的微小质量待测物质，通过前端吸嘴33将待测物质(粉末、颗粒等)转移入样品罐3中，并密封前端吸嘴33。

将放入了样品罐3的倒拱形基座2置于通用工装夹具1内，通过对插连接器5进行供电和限位，然后应用通用工装夹具1上的弹性束缚带6进行约束，确保在后续质量测量过程中，各部件之间不会发生相对移动。

对于微小质量待测物质，通用工装夹具1内的无线受电模块12将接收的能量经高压整流模块13稳压后对倒拱形静电吸附模块21供电，通过静电感应或电介质极化的方式对样品罐3中的非刚性待测物质实现近似刚体化处理，并通过透明壳壁进行状态观察和确认。

对反应罐4中的物质进行测量时：

对于需要在微重力环境下进行在轨质量测量的微小质量待测物质，将待反应物质转移入反应罐4罐中，待反应物质在反应罐4中发生物理或化学反应而生成新物质。

将放入了反应罐4置于通用工装夹具1内，然后应用通用工装夹具1上的弹性束缚带6进行约束，确保在后续质量测量过程中，各部件之间不会发生相对移动。

对于微小质量待测物质，通用工装夹具1内的无线受电模块12将接收的能量经高压整流模块13稳压后对平面静电吸附模块11供电，通过静电感应或电介质极化的方式对反应罐4中的非刚性待测物质实现近似刚体化处理，并通过透明壳壁进行状态观察和确认。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。