一种位置检测光源及空间无容器装置

本发明涉及空间材料科学实验装备，进一步地涉及一种位置检测光源及空间无容器装置。

背景技术：

1、空间站无容器材料实验依托微重力环境与静电悬浮技术，可使金属、合金、氧化物等高温熔体在无容器条件下实现深过冷与非平衡凝固，是开展空间材料科学研究的关键手段。位置检测光源作为静电悬浮位置控制系统的核心部件，通过背投影方式配合位置检测相机，实现悬浮样品三维位置的实时测量，保证样品稳定悬浮。目前，用于空间无容器装置的位置检测光源普遍存在以下问题：

2、首先，传统光源通常采用分立光学元件与独立驱动结构分体布置，各模块之间通过外部支架和线缆连接，集成度低，导致整体体积偏大、质量偏重，难以满足空间站载荷对安装空间和发射重量的严格约束。

3、其次，光源发光芯片在工作过程中产生大量热量，在空间站舱内有限散热条件下，芯片温度持续升高将导致输出光功率衰减、波长漂移及光斑形态畸变，直接影响位置检测的精度和稳定性。

4、此外，现有光源的连接结构多采用常规螺钉紧固或固化封装方式，无法实现光源模块与外部设备之间的快速拆卸与安装，一旦在轨发生故障难以快速更换维护，降低了系统可靠性与在轨使用寿命。

5、因此，亟需设计一种将发光芯片、准直整形与驱动控制一体化集成于小型密封壳体内，并兼具主动温控和快速可拆功能的新型位置检测光源及空间无容器装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种位置检测光源及空间无容器装置，将发光芯片、准直整形与驱动控制一体化集成于小型密封壳体内，并兼具主动温控和快速可拆功能。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种位置检测光源，包括：

3、机械外壳；

4、光源发光芯片，设置于所述机械外壳内部，用于发射激光光束；

5、准直整形模块，设置于所述机械外壳内部且位于所述光源发光芯片的出光光路上，用于将所述激光光束整形为平行光并输出；

6、驱动模块，集成安装于所述机械外壳内部，与所述光源发光芯片电连接，所述驱动模块包括恒流驱动电路和温度控制电路，所述恒流驱动电路用于向所述光源发光芯片提供恒流驱动电流，所述温度控制电路用于控制所述光源发光芯片的工作温度保持恒定；

7、连接器，设置于所述机械外壳上，用于实现光源与外部设备之间的可拆卸连接。

8、在一些实施方式中，所述驱动模块还包括温度传感器和半导体制冷器件，所述温度传感器用于实时监测所述光源发光芯片的工作温度并反馈至所述温度控制电路，所述半导体制冷器件用于降低所述光源发光芯片的工作温度。

9、在一些实施方式中，所述机械外壳的设置有电磁屏蔽层，用于屏蔽外部电磁干扰对所述驱动模块和所述光源发光芯片的影响。

10、在一些实施方式中，所述机械外壳的外部设有安装法兰，所述安装法兰上设置有固定螺孔，用于通过螺栓将所述机械外壳与无容器装置可拆卸连接；

11、所述安装法兰还作为热传导结构，用于将热量传递至空间站无容器装置的水冷模块。

12、在一些实施方式中，所述光源发光芯片为单模半导体激光器，发射波长为660nm，光谱宽度≤2nm。

13、在一些实施方式中，所述准直整形模块包括沿光路依次设置的准直透镜、匀光元件和滤光片，用于将所述光源发光芯片发出的激光光束依次进行准直、匀光与滤波处理，以输出均匀的平顶光斑。

14、在一些实施方式中，所述机械外壳采用发黑表面处理工艺，与外部部件接触的接触面采用导电表面处理工艺，用于将静电导走。

15、在一些实施方式中，所述机械外壳内部设有减振垫层，所述减振垫层设置于各功能模块与所述机械外壳的内壁之间，用于隔离外部振动向所述光源发光芯片和所述准直整形模块的传递。

16、在一些实施方式中，所述连接器为带导向销的快插式电连接器，设置于所述机械外壳的侧壁或后端，通过导向销与外部接插件进行快速定位插拔。

17、根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种空间站无容器装置，包括如上述中任意一项所述的位置检测光源，还包括装置本体和位置检测相机；

18、所述装置本体的四周设置有多个安装部位，所述位置检测光源和与所述位置检测相机分别安装于所述装置本体上相对两侧的安装部位处；

19、所述位置检测光源的出光光轴朝向所述装置本体的中心悬浮区域，用于向悬浮于所述中心悬浮区域的实验样品提供照明光斑，所述位置检测相机用于采集被照明的实验样品的图像并解算样品位置。

20、与现有技术相比，本发明所提供的位置检测光源及空间无容器装置具有以下有益效果：

21、本发明中，通过将光源发光芯片、准直整形模块和带温控功能的驱动模块共同集成安装于同一机械外壳内部，使整体结构高度紧凑，有效减小了体积和重量，满足空间站对载荷的严苛约束；同时，驱动模块内置的温度控制电路能够实时调节并保持光源发光芯片的工作温度恒定，有效抑制因温升导致的光功率衰减和波长漂移，确保光源输出长期稳定，保证位置检测精度；设置于外壳上的可拆卸连接器实现了光源与外部设备的快速插拔与更换，便于在轨维护。

1.一种位置检测光源，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的位置检测光源，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的位置检测光源，其特征在于，

10.一种空间站无容器装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的位置检测光源，还包括装置本体和位置检测相机；