[發(fā)明專利]一種基于聲彈性技術(shù)的電推進(jìn)領(lǐng)域微推力瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710638071.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107389252A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng);吳建軍;何振;張宇;李健;何兆福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/12
• 分類號(hào): G01L5/12
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發(fā)明涉及一種基于聲彈性技術(shù)的電推進(jìn)領(lǐng)域微推力瞬態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)定其受力時(shí)引起的聲時(shí)變化，顯示其受力的大小和分布規(guī)律。同時(shí)采用高精度測(cè)量芯片記錄聲時(shí)，近似反映推力器的實(shí)時(shí)變化。本發(fā)明是非接觸式測(cè)量，也是非破壞性的測(cè)量方法，不需要在結(jié)構(gòu)物上直接安裝傳感器或其他測(cè)量裝置，可以降低機(jī)械振動(dòng)、供電線纜對(duì)推力測(cè)量的干擾，解決目前常用微推力和微沖量測(cè)量裝置存在的零點(diǎn)漂移、平衡位置不穩(wěn)定、標(biāo)定困難以及精度低等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微推力測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及在電推進(jìn)領(lǐng)域?qū)ζ湮⑼屏?shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)電推進(jìn)推力器的微推力和微沖量的高精度測(cè)量，比較常見(jiàn)是基于單擺、倒立擺、扭擺等推力測(cè)量系統(tǒng)。其中，基于倒立擺原理的電磁天平測(cè)量沖量時(shí)，存在嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移，電磁天平平衡位置不穩(wěn)定也導(dǎo)致了測(cè)量精度較差，因此，一般只能用來(lái)定性或半定量分析。

相對(duì)而言，采用扭擺測(cè)量推力或沖量具有較高的精確度和敏感性，扭擺的歷史可追溯到1798年卡文迪許為了測(cè)量重力加速度常數(shù)而發(fā)明的扭秤。隨著對(duì)扭擺測(cè)量裝置的不斷改進(jìn)，其測(cè)量范圍變得更加廣泛，C.Phipps等人設(shè)計(jì)了一種采用靜態(tài)標(biāo)定的扭擺，來(lái)測(cè)量激光燒蝕微推力器產(chǎn)生的納牛秒量級(jí)的沖量。盡管扭擺測(cè)量系統(tǒng)具有如此優(yōu)點(diǎn)，但是其只能對(duì)推力器產(chǎn)生的平均推力和沖量進(jìn)行測(cè)量，難以解決涉及到推力器瞬時(shí)推力的問(wèn)題。

現(xiàn)階段測(cè)量瞬時(shí)推力應(yīng)用較為廣泛的主要是壓電式傳感器，包括壓電晶體、壓電陶瓷以及PVDF(聚偏二氟乙烯)壓電傳感器，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒋郎y(cè)推力轉(zhuǎn)換為電壓，可以精確測(cè)量變化的推力，并且具有響應(yīng)快、靈敏度高以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是壓電式傳感器的工作環(huán)境要求苛刻，易受到電推力器工作過(guò)程中電磁場(chǎng)的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確或測(cè)量無(wú)法正常進(jìn)行。

聲彈性是研究結(jié)構(gòu)、流體和聲場(chǎng)相互作用的一個(gè)力學(xué)分支,它涉及船舶、水中兵器、飛機(jī)、汽車、建筑、化工以及海洋和水利工程等諸多領(lǐng)域。任意彈性結(jié)構(gòu)在各種外力作用下產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng),并向周圍或內(nèi)部聲介質(zhì)中輻射聲波,聲波又以負(fù)載形式反作用在彈性結(jié)構(gòu)上,改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)甚至可能改變激勵(lì)外力,形成激勵(lì)--結(jié)構(gòu)--流體--聲場(chǎng)耦合的力學(xué)系統(tǒng)。聲彈性研究的主要任務(wù)是建立這種耦合系統(tǒng)的基本力學(xué)和聲學(xué)關(guān)系,研究和分析結(jié)構(gòu)受激振動(dòng)和聲輻射的特征和規(guī)律。聲彈性方法是無(wú)損測(cè)量應(yīng)力的一種方法，可以測(cè)量整個(gè)聲傳播路徑上的應(yīng)力，測(cè)量深度大，設(shè)備簡(jiǎn)單靈活，并且具有很好的經(jīng)濟(jì)性，是一種分析非透明材料應(yīng)力的新方法。材料的應(yīng)力引起波速的變化，通過(guò)測(cè)量波速的變化即可得出應(yīng)力的變化，而如果設(shè)定同樣的距離，可以通過(guò)測(cè)定聲時(shí)的變化得出波速的變化最終體現(xiàn)應(yīng)力的變化。本發(fā)明將聲彈性方法應(yīng)用推力器瞬態(tài)推力的測(cè)量領(lǐng)域，一方面具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是為解決傳統(tǒng)推力測(cè)量方法難以測(cè)量瞬態(tài)推力的問(wèn)題提供了方法。