NASA喷气推进实验室(JPL)的科学家们利用Polytec 公司的PSV-400-3D扫描式激光测振仪，验证火星科学实验室探测器上光谱仪入口处漏斗的动态响应。

美国宇航局喷气推进实验室(NASA JPL)在2011年11月的最新火星任务中，向火星科学实验室(Mars Science Laboratory)发送了名为“好奇号”(Curiosity)的探测器，以评估火星是否曾经或者现在仍然具有能够支持生命的环境。好奇号作为机器人地质学家在火星表面获取关于火星的地质、大气、环境条件和潜在生物特征等信息。

在火星表面，“好奇号”负责收集土壤和环境样本，并利用相机、光谱仪、辐射探测器、环境传感器和大气传感器来分析现场样本。所得数据被发送给美国宇航局的科学家进行分析和解读。

防止探测器受到污染对于确保“好奇号”的数据收集和分析的准确性至关重要。因此，工程模型和飞行模型将分别进行测试，以验证探测器上各系统的设计要求。

化学与矿物学分析仪器(CheMin)的入口如图1所示。火星样本分析仪(SAM)利用漏斗底部的压电驱动器使得从火星表面采集到的土壤样本经由振动筛选进入光谱仪进行分析。

图1：土壤采样的入口示意图

在这之前，科学家们曾使用加速度计进行测试，由于对被测样本有附加质量影响，导致测试数据不准备，并限制了测点的数量。

如今，JPL科学家们开发了一种非接触式测试动态性能的方法，用于测试光谱仪入口漏斗的振动水平，以验证设计。

验证过程的第一步是动态地描述工程模型，如图2所示，这些模型已被证明能够有效地通过漏斗移动土壤。通过表征入口漏斗上不同位置的振动水平，可以将这些数据与有限元模型(FEM)的预测结果进行比较，并为以后与无法用土壤测试的飞行模型的测试结果进行比较提供基准。

图2：采样漏斗的工程模型

工程模型试验装置如图3所示，对SAM提供100 Hz~500 Hz范围内超过15秒的扫频信号作为激励，对CheMin提供10.5 kHz~12.5 kHz范围内超过5秒的扫频信号作为激励。计划是先分别测试三个驱动器，再进行两两测试，最后三个一起测试。

图3：工程模型的振动分析

Polytec 公司的PSV-400-3D测试的是工程模型的三维振动数据。测点遍布工程模型的多个位置：CheMin入口(内部和外部)、CheMin漏斗、CheMin收集屏幕和SAM进口。测试位置从入口到采集屏幕及漏斗上的一些位置，每处约20~30个测点。获取每个测点在X、Y、Z方向的时域响应数据和扫频输入信号（如图4所示）。

图4：模型在X、Y、Z向的频响

为了验证其功能，须将飞行硬件与被测的工程模型进行比较。飞行硬件即被安装在火星探测器上的CheMin和SAM仪器。探测器是在航天器装配设施(SAF)中组装的，这是无尘室。为了避免对探测器及其部件造成损坏，要求与探测器相距至少在1米以外。

将Polytec公司的PSV-400-3D先进行彻底清洁，再将其运至SAF，置于CheMin和SAM入口的前方1.5米远处（如图5所示）。CheMin和SAM的入口仅在探测器的顶部表面可见。

采用与工程模型测试相同的激励和采集设置，对CheMin和SAM入口内外边缘进行测试。

图5：探测器入口的振动测试

喷气推进实验室(JPL)将测试数据进行分析，对时域数据进行低通滤波，计算每个测点在一个扫频周期内的速度均方根。将工程模型和飞行硬件的测试数据进行比对。测试结果表明，飞行硬件与工程模型的动态特性匹配性良好，这无疑让JPL科学家们对入口驱动系统的功能胸有成竹。