[發明專利]微小力的動態測量裝置

有效

• 申請號: 201610590190.6
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN106595942B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 歐陽曉平;何世熠;夏彥;姜利祥;王三勝;韓然;歐學東;沈自才
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.微小力的動態測量裝置，包含高真空熱沉系統、磁懸浮轉子系統、測速系統三個分系統，其特征在于磁懸浮轉子系統包括超導導軌、轉軸、支架、葉片位于高真空熱沉系統內，測速系統中反光板位于葉片上，其他部分位于高真空熱沉系統外，其中，高真空熱沉系統包括一真空罐體，罐身內部包括一層通有液氮的熱沉，熱沉的腔內部為磁懸浮轉子系統，磁懸浮轉子系統由一環狀超導導軌、一到兩對支撐支架與一硬磁轉子構成，硬磁轉子通過支撐支架支撐在超導導軌上，硬磁轉子由轉軸、若干連接支架和若干葉片構成，轉軸為扁平圓柱環，采用硬磁材料制成，若干連接支架為矩形長條，輻射狀地一端固定連接到轉軸上，另一端端部設置有葉片，葉片為矩形網狀薄板，葉片上附著所需測量的持續力，并在下方角落處附著一小塊反光材料，常溫下，轉子在支架的支撐下靜置在導軌上方，在液氮維持的低溫條件下，撤除支撐支架，超導導軌將托起轉子，使其具有抗翻轉和抗離軌的自穩定性；測速系統包括定向激光發射器、光敏探測器、微電流計、計算機，利用激光的高度準直特性，當且僅當轉子的某一葉片旋轉至特定位置時，葉片附著的一小塊反光材料將激光沿既定方向直接反射至光敏探測器，光敏探測器通過對光信號強弱的識別，在激光未照射時，輸出本底信號；當激光照射時，即輸出高響應電流脈沖。

2.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，真空罐體放置于機架上方，可打開的罐體頂蓋為氣彈簧輔助翻蓋結構，罐身裝配有三個引線法蘭接口用以外接，同時還設置有手動放氣閥、液氮入口和氮氣出口三個通道，透過機架罐身下方連接分子泵與機械泵以實現和保持真空，其正面設置一扇觀察窗，用以測速和觀察。

3.如權利要求2所述的動態測量裝置，其中，三個引線法蘭接口用以外接電磁驅動裝置以及合作測量裝置。

4.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，連接支架采用輕型鈦合金材料制成。

5.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，葉片為鈦合金材料。

6.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，高真空熱沉系統在真空罐側壁上裝有直徑為200mm-400mm的透明玻璃觀察窗，熱沉結構上同樣存在直徑為250mm～450mm的透明觀察孔，二者同軸。

7.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，轉軸、支架與葉片可多次固定和拆卸，液氮冷卻狀態下超導導軌將轉軸、支架與葉片作為整體懸浮2mm-7mm。

8.如權利要求1所述的動態測量裝置，其中，根據被測推力的范圍，葉片選取3-12個不等，支架有兩組，長度不同，范圍為15mm-50mm。

9.利用權利要求1-8任一項所述裝置測量微小力的方法，包括如下步驟：

1)將持續微小力附著在每扇葉片上作為動力，而后將轉子對中放置于真空罐內的超導導軌上；

2)安置之后密封高真空熱沉系統的真空罐體，抽真空，固定測速系統中除光敏探測器以外的部件的位置與方向；

3)真空度低于10^-4Pa后，通入液氮，使轉子被托起；狀態平穩后，調整光敏探測器的位置與方向并固定；在系統標定完成之后，利用存儲器記錄的脈沖時間t_i,i＝1,2,3,4，記錄點1、2之間和3、4之間轉子轉過的角度θ，以及記錄1、2與記錄3、4之間的間隔時間T，得到轉子的加速度a：

再結合轉子的角動量J，小推力與旋轉軸的距離R，葉片個數n得到微小力f，如果微小力是分布力，則除以每個葉片上分布力的面積S，得到微小力分布密度σ，公式如下：