CN101726382A - 一种微小推力测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微小推力测量装置，包括测试计算机、天平、位移传感器、电磁阻尼器、待测系统通讯线路以及待测系统供电线路；天平包括天平支座、固定在天平支座上的天平支刀、放置在天平支刀上的天平横梁、设置在天平横梁右端的配重质量块；天平横梁的右端可悬挂砝码；位移传感器设置在天平横梁的右端部；电磁阻尼器设置在天平横梁右端和天平支座之间；待测系统供电线路从天平支刀与天平横梁接触的部位引入，并固定于天平横梁上。本发明解决现有推力测量装置无法消除微推进系统内各种供气、供液管路以及供电线路对形变产生的影响的技术问题。本发明将微推进系统整体测量，彻底消除了推进剂供应管路对推力测量的影响。

Description

一种微小推力测量装置
技术领域
本发明涉及一种微小推力测量装置，尤其涉及一种毫牛级推力测量装置。
背景技术
微推进技术在近年获得了巨大发展，但如何准确的获得微推进系统产生的推力是仍一个技术难点。常用的推力测量装置都是将推力器固定在试车架上，通过测量推力器工作而引起的试车架形变来获取推力器的推力。若推力较大，则系统内各种供气、供液管路以及供电线路对形变产生的约束都可以忽略不计。但对于微推进系统来说，这些管路和线路产生的影响是可以与其推力相比拟的，如果不设法消除这些影响，就无法准确的获得推力。
发明内容
本发明目的是提供一种微小推力测量装置，以克服现有推力测量装置无法消除微推进系统内各种供气、供液管路以及供电线路对形变产生的影响的技术问题。
本发明的技术解决方案为：
一种微小推力测量装置，其特殊之处在于：包括测试计算机17、天平1、位移传感器3、电磁阻尼器5、待测系统通讯线路以及待测系统供电线路；所述天平1包括天平支座6、固定在天平支座6上的天平支刀12、放置在天平支刀12上的天平横梁8、设置在天平横梁8右端的配重质量块2；所述天平横梁8的左端用于放置待测系统13；所述天平横梁8的右端可悬挂砝码14；所述位移传感器3设置在天平横梁8的右端部，用于测量天平横梁8右端的位移；所述电磁阻尼器5设置在天平横梁8右端和天平支座6之间，用于输出平衡力矩使天平横梁8快速达到稳定；所述待测系统供电线路从天平支刀12与天平横梁8接触的部位引入，并固定于天平横梁8上。
上述待测系统通讯线路包括分别设置在待测系统上天平支座6上的红外模块7，所述红外模块7用于实现待测系统13和测试计算机之间的无线控制与数据采集。
上述微小推力测量装置包括用于放置天平1的真空舱4；所述待测系统通讯线路包括分别设置在待测系统和天平支座6上的红外模块7、分别设置在真空舱和测试计算机17上的蓝牙模块16；所述红外模块7和蓝牙模块16用于实现待测系统13和测试计算机之间的无线控制与数据采集。
上述待测系统供电线路包括穿过天平支座两侧面的两个接线柱11、设置在接线柱11和天平支座6之间的两个绝缘套10、被接线柱11压在天平横梁8侧面的两个簧片9以及固定在天平横梁10侧面且连接簧片9和待测系统13的贴片式薄膜导线15；所述两侧接线柱11与各自簧片9的两个接触点以及天平支刀12的刀口位于一条直线上。
上述砝码的重力作用到天平横梁8的作用点到天平支刀12的支点距离与待测系统13的推力作用到天平横梁8的作用点到天平支刀12的支点距离之比为10∶1。
上述位移传感器3为非接触式位移传感器。
本发明的技术效果为：
1、本发明将微推进系统整体测量，彻底消除了推进剂供应管路对推力测量的影响。
2、本发明采用贴片式薄膜导线，将导线与微推进系统及推力测量系统刚性连接，导线引出点与天平支刀12的刀口重合，消除了供电线路对推力测量的影响。
3、本发明系统集成测控电路，并使用红外模块与蓝牙模块无线传输，消除了信号电缆对推力测量的影响。
4、本发明采用非接触式位移传感器，消除了传感器本身对待测系统的约束，提高了推力测量精度。
5、本发明使用10∶1的不等臂天平结构，使微推进系统的有效位移增大了10倍，提高了测量精度；同时使标定力增大了10倍，即可以使用1g的标准力标定0.1g的推力，提高了标定精度。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明的结构示意图；
附图标记如下：1-天平，2-配重质量块，3-位移传感器，4-真空舱，5-电磁阻尼器，6-天平支座，7-红外模块，8-天平横梁，9-簧片，10-绝缘套，11-接线柱，12-天平支刀，13-待测系统，14-砝码，15-贴片式薄膜导线，16-蓝牙模块，17-测试计算机。
具体实施方式
参见图1及图2，本发明包括测试计算机17、天平1、位移传感器3、电磁阻尼器5、待测系统通讯线路以及待测系统供电线路；待测系统为自由分子流微电阻加热式推力器，其理论推力约为2mN；天平1包括天平支座6、固定在天平支座6上的天平支刀12、放置在天平支刀12上的天平横梁8、设置在天平横梁8右端的配重质量块2；天平横梁8的左端用于放置待测系统13；天平横梁8的右端可悬挂砝码14，砝码14可对天平的转动量施加标定力；位移传感器3一般选择非接触式位移传感器，设置在天平横梁8的右端部，用于测量天平横梁8右端的位移；电磁阻尼器5设置在天平横梁8右端和天平支座6之间，用于输出平衡力矩使天平横梁8快速达到稳定；待测系统供电线路从天平支刀12与天平横梁8接触的部位引入，并固定于天平横梁8上。
待测系统供电线路包括穿过天平支座两侧面的两个接线柱11、设置在接线柱11和天平支座6之间的两个绝缘套10、被接线柱11压在天平横梁8侧面的两个簧片9以及固定在天平横梁10侧面且连接簧片9和待测系统13的贴片式薄膜导线15；两侧接线柱11与各自簧片9的两个接触点以及天平支刀12的刀口位于一条直线上。系统供电线路从天平支刀部位引入后固定在天平横梁上，这样在测量推力时，供电线路与推力器之间就不会有相对位移。
为了尽量减小气流扰动，可在整个测量装置放入一个真空舱4内。为了避免信号传输线缆对系统的影响，本发明采用无线方式进行系统控制与数据采集。待测系统通讯线路相应包括分别设置在待测系统和天平支座6上的红外模块7、分别设置在真空舱和测试计算机17上的蓝牙模块16。在待测系统中与天平支座上安装红外模块，可保证此处数据通道的畅通，天平支座上的红外模块通过线缆连接到真空舱内侧壁上的蓝牙模块，与计算机上的蓝牙模块配对，这样就可实现从计算机到待测系统的无线控制与数据采集功能。
为了增大测试精度，砝码的重力作用到天平横梁8的作用点到天平支刀12的支点距离与待测系统13的推力作用到天平横梁8的作用点到天平支刀12的支点距离之比最好大于1∶1，为了计算方便，一般取为10∶1。采用非对称的的力臂结构，将推力引起的有效位移增大，降低了对位移传感器精度的要求，同时这种不等臂结构也将标定力扩大，即可以用较大的标准力来标定较小的推力，提高了系统的标定精度。将待测系统进行整体测量，可消除供气、供液管路对推力测量的影响。
将待测系统安装好后，先调整配重质量块使系统质心落在天平中刀上，这样就消除了所有部件的自重对推力测量的影响。然后使用砝码对系统进行标定，设砝码对天平横梁施加标定力F，由于使用了10∶1的不等臂天平结构，即相当于待测系统产生了0.1F的推力，用位移传感器测量系统此时的位移，电磁阻尼器力矩器的作用是输出平衡力矩使天平稳定；改变标定力大小，记录系统在不同标定力F下的位移，根据标定力与推力的关系，就可以得到待测系统与天平横梁位移的关系曲线，此时启动待测系统，测量由此引起的位移，即可获得待测系统的微小推力。
本发明消除了微推进系统上各种管路和线路对推力测量的影响，同时利用天平原理消除了被测系统自身重力对推力测量的影响，放大了有效位移，降低了标定难度，使微小推力测量装置的易用性和测量精度都得到了提高。

Claims (6)

1.一种微小推力测量装置，其特征在于：包括测试计算机(17)、天平(1)、位移传感器(3)、电磁阻尼器(5)、待测系统通讯线路以及待测系统供电线路；所述天平(1)包括天平支座(6)、固定在天平支座(6)上的天平支刀(12)、放置在天平支刀(12)上的天平横梁(8)、设置在天平横梁(8)右端的配重质量块(2)；所述天平横梁(8)的左端用于放置待测系统(13)；所述天平横梁(8)的右端可悬挂砝码(14)；所述位移传感器(3)设置在天平横梁(8)的右端部，用于测量天平横梁(8)右端的位移；所述电磁阻尼器(5)设置在天平横梁(8)右端和天平支座(6)之间，用于输出平衡力矩使天平横梁(8)快速达到稳定；所述待测系统供电线路从天平支刀(12)与天平横梁(8)接触的部位引入，并固定于天平横梁(8)上。
2.根据权利要求1所述的微小推力测量装置，其特征在于：所述待测系统通讯线路包括分别设置在待测系统上天平支座(6)上的红外模块(7)，所述红外模块(7)用于实现待测系统(13)和测试计算机之间的无线控制与数据采集。
3.根据权利要求1所述的微小推力测量装置，其特征在于：所述微小推力测量装置包括用于放置天平(1)的真空舱(4)；所述待测系统通讯线路包括分别设置在待测系统和天平支座(6)上的红外模块(7)、分别设置在真空舱和测试计算机(17)上的蓝牙模块(16)；所述红外模块(7)和蓝牙模块(16)用于实现待测系统(13)和测试计算机之间的无线控制与数据采集。
4.根据权利要求1或2或3所述的微小推力测量装置，其特征在于：所述待测系统供电线路包括穿过天平支座两侧面的两个接线柱(11)、设置在接线柱(11)和天平支座(6)之间的两个绝缘套(10)、被接线柱(11)压在天平横梁(8)侧面的两个簧片(9)以及固定在天平横梁(10)侧面且连接簧片(9)和待测系统(13)的贴片式薄膜导线(15)；所述两侧接线柱(11)与各自簧片(9)的两个接触点以及天平支刀(12)的刀口位于一条直线上。
5.根据权利要求4所述的微小推力测量装置，其特征在于：所述砝码的重力作用到天平横梁(8)的作用点到天平支刀(12)的支点距离与待测系统(13)的推力作用到天平横梁(8)的作用点到天平支刀(12)的支点距离之比为10∶1。
6.根据权利要求5所述的微小推力测量装置，其特征在于：所述位移传感器(3)为非接触式位移传感器。
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