[發(fā)明專利]一種基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910010647.5
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109632156A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜忻洳;吳建軍;歐陽;張宇;李健;譚勝;吳必琦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提出了一種基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)，本發(fā)明的基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)根據(jù)電推進(jìn)推力的特點(diǎn)，基于逆磁致伸縮效應(yīng)(磁彈性原理)和巴克豪森效應(yīng)，在推力器對磁彈性元件施加推力后，通過測定巴克豪森噪聲的變化得到磁彈性元件內(nèi)部應(yīng)力的變化，進(jìn)而獲得推力的大小及變化情況。本發(fā)明的基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、可靠性高，此外其檢測靈敏度和準(zhǔn)確度高，能夠?qū)崟r測量應(yīng)力的變化，能夠精確測量電推力器的微小瞬態(tài)推力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)力檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電推力器產(chǎn)生的推力一般較小，其量級在nN到N之間。盡管mN或N量級的微推力比較容易測量，然而，隨著推力的進(jìn)一步減小，μN(yùn)和nN量級的微推力的準(zhǔn)確測量則變得十分困難。比如，脈沖等離子體推力器(PPT)產(chǎn)生的推力一般為uN量級，基于激光燒蝕固體工質(zhì)產(chǎn)生推力的激光微推力器(μLPT)則可以產(chǎn)生nN量級的推力。實(shí)驗(yàn)研究中，精確測量這樣微小的推力比較困難。

目前，國內(nèi)比較常見的電推力器微推力測量系統(tǒng)主要有基于單擺的測量系統(tǒng)、基于扭擺的測量系統(tǒng)和基于倒立擺的電磁天平。其中，基于單擺的測量系統(tǒng)原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但其恢復(fù)力由重力提供，這會引入非線性效應(yīng)，重力的變化(如推進(jìn)劑消耗等)也會影響推力的測量，故其測量精度不高；基于倒立擺原理的電磁天平在測量時存在嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移問題，其平衡位置不穩(wěn)定也導(dǎo)致測量精度較低，因此，一般只能用來定性或半定量分析；相比較而言，基于扭擺的測量系統(tǒng)具有較高的精確度和敏感度，推力測量下限低，但扭絲易受振動噪聲影響，而且也只能對推力器產(chǎn)生的平均推力進(jìn)行測量，難以解決推力器瞬時推力的實(shí)時測量問題。

電推力器微推力測量系統(tǒng)還包括基于壓電式傳感器的微推力測量系統(tǒng)，該基于壓電式傳感器的微推力測量系統(tǒng)中的壓電式傳感器將待測推力轉(zhuǎn)換為電壓，是能測量瞬時推力的傳感器，包括壓電晶體、壓電陶瓷和聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電傳感器。壓電式傳感器雖然結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快，靈敏度高并且能夠精確測量推力的變化，但它易受電推力器工作過程中電磁信號的干擾，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確或測量過程無法正常進(jìn)行。

綜上，現(xiàn)有的測量方法無法既精確又實(shí)時地測量出電推力器工作過程中產(chǎn)生的微小的隨時間變化的推力。

鑒于上述原因，本發(fā)明提出了一種基于巴克豪森應(yīng)力檢測法的能夠精確測量推力器微小瞬態(tài)推力的測量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)，旨在提出一種基于巴克豪森應(yīng)力檢測法的能夠精確測量推力器微小瞬態(tài)推力的測量系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于巴克豪森效應(yīng)的微推力測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括應(yīng)力檢測裝置以及推力器裝置，所述應(yīng)力檢測裝置內(nèi)包括可產(chǎn)生巴克豪森信號的待測件，所述推力器裝置與所述待測件的一側(cè)連接，用于產(chǎn)生推力并將推力傳遞至所述待測件使所述待測件處于應(yīng)力狀態(tài)；所述應(yīng)力檢測裝置用于激勵所述待測件在受到推力器裝置的推力后產(chǎn)生巴克豪森信號以及對產(chǎn)生的巴克豪森信號進(jìn)行采集和處理。

優(yōu)選地，所述待測件為磁彈性元件。

優(yōu)選地，所述磁彈性元件為鐵磁性材料Q235。

優(yōu)選地，所述應(yīng)力檢測裝置包括用于接收所述磁彈性元件產(chǎn)生的巴克豪森信號的傳感器以及與所述傳感器連接并向所述傳感器提供激勵信號以促使所述磁彈性元件產(chǎn)生巴克豪森信號的電路組件。

優(yōu)選地，所述傳感器包括勵磁組件和接收器，所述勵磁組件包括勵磁線圈和U型磁軛，所述勵磁線圈纏繞在所述U型磁軛上，所述U型磁軛倒扣在所述磁彈性元件上；所述接收器置于所述U型磁軛與所述磁彈性元件圍設(shè)形成的空腔中，且所述接收器的一端與所述磁彈性元件表面接觸。

優(yōu)選地，所述接收器包括接收線圈和圓柱鐵芯，所述接收線圈纏繞在所述圓柱形鐵芯上。