[發明專利]扭擺式高精度微推力測量系統

有效

• 申請號: 201010601029.7
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102169035A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 岑繼文;付健;徐進良
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: G01L5/12
• 分類號: G01L5/12
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智;莫瑤江

技術領域

本發明涉及一種用于微推力裝置的高精度微推力測量系統，特別是用于航天器件微推進器實驗研究的高精度微推力測量系。

背景技術

隨著微機電系統(MEMS)技術的發展，微小衛星在近年來得到了迅猛的發展。用于微小衛星姿態調節和軌道調節的微推進器具有很高的性能要求：重量小，產生可控制的微牛量級推力。其工作方式可分為連續工作型和脈沖工作型。一般的測量裝置對微推進器推力的精確測量比較困難。一方面，儀器的噪音信號會影響精度；同時，微推進器脈沖工作時傳遞給臺架的瞬間力也會影響測量精度。因此，有必要研制一種新型的微推力測量裝置來滿足微小衛星發展的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能滿足用于微納衛星的微推進器性能測試需求的高精度微推力測量系統。

為實現以上目的，本發明采取了以下的技術方案：扭擺式高精度微推力測量系統，包括有支撐架、推力杠桿、柔性鉸鏈、剛性軸、線性位移傳感器、翅片結構，連接線，所述支撐架的橫桿上設有位置調節器，所述剛性軸的底端連接有石蠟固化杯，所述翅片結構設在石蠟固化杯內、并以剛性軸為中心軸中心對稱的設在剛性軸下部上；所述推力杠桿的長臂端上設有微推進器，以及與微推進器相配的線性位移傳感器；推力杠桿短臂端上設有配重杯；所述推力杠桿通過柔性鉸鏈以保持水平狀態的與剛性軸的頂端連接，并保證與剛性軸垂直，構成旋轉杠桿系統；所述柔性鉸鏈的頂端與聯接軸連接，所述連接線一端懸吊在位置調節器上，另一端連接在聯接軸的軸線位置；連接線上端所連接的位置調節器，可以自由調節棉線懸掛點的位置；旋轉杠桿系統通過連接線上端懸掛于該位置調節器。

懸掛后的旋轉杠桿系統通過在推力杠桿的配重杯中增減配重塊以調節至水平使旋轉杠桿系統的重心在旋轉軸之上，配重杯中的配重塊用石蠟固定；旋轉杠桿系統經調節水平后，向底座的石蠟固化杯添加熔融石蠟并冷卻固化，使翅片結構與石蠟固化杯固定。位于杠桿長臂端的微推進器產生微小推力時，會產生旋轉力矩使得旋轉杠桿系統產生微小的旋轉運動，杠桿長臂端的線性位移傳感器檢測出產生的旋轉位移量，從而測量出微推進器產生的微小推力。

所述推力杠桿的橫截面為“工”字型，并采用硬質鋁合金材料制作。

所述位置調節器包括螺桿，在螺桿上設有滾動軸承以及多個螺母，所述連接線一端連接在滾動軸承上。

所述連接線為棉線。棉線相對金屬線更柔軟，而且可拉伸性更好，不會對旋轉杠桿系統的扭轉剛度產生可測量出來的影響。

本發明扭擺式高精度微推力測量系統主要由兩部分組成：旋轉杠桿系統和底座臺架系統。此外還包括線性位移傳感器。旋轉杠桿系統由推力桿桿、柔性鉸鏈、剛性軸及其底部的軸對稱翅片結構四者裝配而成，通過先上端連接線懸掛，再下端石蠟杯固定的方式將旋轉杠桿系統安裝到底座臺架系統上。

旋轉杠桿系統的工作原理是利用推力杠桿長臂端產生的微小推力，對杠桿的支點產生一個力矩，杠桿的支點位于剛性軸軸心上且用柔性鉸鏈連接。產生的力矩會使柔性鉸鏈產生扭轉變形，從而使杠桿長臂端產生一個微小位移。

旋轉杠桿系統的平衡調節通過向配重杯內添加砝碼實現，并用石蠟固化的方法固定住防止測量過程中出現砝碼移動的現象而影響杠桿系統的平衡。

旋轉杠桿系統與底座支架系統之間安裝固定分為兩步：第一步，用連接線懸吊旋轉杠桿系統，調節平衡后，通過位置調節器使剛性軸的軸線與底座上石蠟固化杯的軸線重合。第二步，往石蠟固化杯里添加熔融的液態石蠟，待石蠟凝固后就能使旋轉杠桿系統固定在底座上，并能承受扭矩的作用。

由于推力測量系統的噪音信號大部分來自于環境的振動噪音，特別是當旋轉杠桿系統得旋轉中心與杠桿系統的質心不再一條鉛垂線上時，這個現象會非常嚴重。為此本發明通過連接線懸吊的方式，利用不倒翁原理充分調節杠桿為水平狀態。為了不至在固定過程中對推力測量系統有任何外力的影響而使推力測量系統發生傾斜，采用液態石蠟自然固化的方法固定剛性軸下端的軸對稱翅片結構，從而固定剛性軸。

旋轉杠桿系統的旋轉運動可通過推力杠桿長臂端的線性位移傳感器來檢測，此信號可轉換為推力值。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：本發明結構簡單、體積小、精度高、使用方便，能滿足微推力裝置的實驗測量要求，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明扭擺式高精度微推力測量系統的結構示意圖；

圖2為圖1中推力杠桿5的截面圖；

圖3為圖1中石蠟固化杯8與翅片結構9以及剛性軸7之間的裝配示意圖；

圖4為圖1中位置調節器12的原理圖。

具體實施方式