CN105547555A - 一种力臂反推力特性测量系统 - Google Patents

Abstract

一种力臂反推力特性测量系统，包含控制器，以及分别与待测仪器的两个力臂的端部机械连接的两个同样的测量组件，控制器通过数据输出模块将控制信号发送给两个测量组件，使两个测量组件同步完成对待测仪器两个力臂的特性测量，数据采集模块将两个测量组件检测到的反推力数据和位移数据发送给控制器，以供控制器对数据进行处理。本发明可对推靠类产品的力臂反推力特性实现自动化测量，并可产品化推广。

Description

一种力臂反推力特性测量系统

技术领域

本发明涉及石油行业工具和仪器、机电系统自动化、非电量电性测量等技术领域，尤其涉及一种石油行业推靠类器材的力臂反推力特性测量系统。

背景技术

石油被誉为“现代工业的血液”，驱动着整个社会的运行。中国作为油气资源不太丰富的国家，更好的提高石油开采效率和开采率以及勘探更多的油田是非常有必要的。在石油勘探与开采中，人们在了解目标区块的油气分布、地质情况、及对其实际开采的过程中，需要使用多种石油行业的特种作业方式(如钻井、录井、测井、固井等)。在以上各种作业中都要使用特殊的专用工具及仪器仪表，其中推靠类产品是一类很重要的设备构成。

可推靠、收放的机械力臂结构是多数推靠类产品的重要功能执行机构，对力臂的力学特性检测，是推靠类产品在设计上是否满足设计技术要求的重要理论依据，是推靠类产品在出厂前质量合格的重要检验指标，是产品在使用中是否维修、保养、延寿的重要状态判别手段。

在我国推靠类产品生产厂商中，对力臂的反推力特性还不能实现系统有效的测量，多数从业者甚至对于反推力特性的认识还了解的还不够充分，加之国外同行业企业的技术封锁，使得推靠类产品的力臂反推力特性测量的研究在国内还处于刚刚起步，测量系统的产品化更是一个空白。

发明内容

本发明提供一种力臂反推力特性测量系统，可对推靠类产品的力臂反推力特性实现自动化测量，并可产品化推广。

为了达到上述目的，本发明提供一种力臂反推力特性测量系统，包含：控制器，以及分别与待测仪器的两个力臂的端部机械连接的两个同样的测量组件，控制器通过数据输出模块将控制信号发送给两个测量组件，使两个测量组件同步完成对待测仪器两个力臂的特性测量，数据采集模块将两个测量组件检测到的反推力数据和位移数据发送给控制器，以供控制器对数据进行处理。

所述的测量组件包含：

步进电机驱动器，其电性连接数据输出模块，根据数据输出模块输出的转速数据驱动步进电机；

步进电机，其电性连接步进电机驱动器，在步进电机驱动器的驱动下运动；

加载机构，其一端与步进电机机械连接，另一端与待测仪器中的力臂机械连接，且该加载机构电性连接数据输出模块，该加载机构在步进电机的驱动下对力臂加载推力，并将探测得到的反推力数据发送给数据输出模块；

第一编码器，其电性连接步进电机和数据输出模块，测量步进电机的旋转角度来获取加载机构的位移数据，并将位移数据发送给数据输出模块。

所述的加载机构包含：

测头，其装夹在力臂的端部；

力传感器，其固定连接测头，用于测量第一力臂反推力的大小；

电动推杆，其机械连接步进电机，在步进电机的驱动下产生直线运动；

直线导轨，其通过直线导轨座与电动推杆连接；

直线导轨滑块，其套设在直线导轨上，并且通过力传感器连接块与力传感器连接，当步进电机驱动电动推杆向前移动时，直线导轨滑块沿直线导轨滑动，测头和力传感器也随着直线导轨沿轴线滑动。

所述的力传感器采用应变片式力传感器。

所述的数据采集模块包含：电性连接的放大调理电路、脉冲计数电路和模拟采样电路，所述的放大调理电路将编码器和力传感器发送的微弱信号进行调理和放大，所述的脉冲计数电路采集编码器输出的位移数据，所述的模拟采样电路采集力传感器输出的反推力数据。

所述的力臂反推力特性测量系统还包含：两个支撑步进电机与加载机构支撑台架，以及将两个支撑台架固定连接在一起的连接机构。

所述的支撑台架的高度满足：可以使加载机构的高度与待测仪器的力臂端部的高度匹配。

所述的支撑台架的底部具有可固定装置。

所述的连接机构包含：若干分别固定设置在两个支撑台架上的螺旋压紧机构和连接螺旋压紧机构的连接件。

所述的螺旋压紧机构包含：

压头，其固定设置在支撑台架上，该压头具有通孔，连接件可以穿过该通孔；

压紧螺杆，其设置在压头上；

压紧头，其连接压紧螺杆，在压紧螺杆的驱使下压紧连接件。

所述的控制器具有以下功能：

1、反推力测量：利用调用库函数来调用数据采集模块中的模拟采样电路获取力传感器输出的反推力数据；

2、位移测量：利用调用库函数来调用数据采集模块中的脉冲计数电路获取编码器输出的位移数据；

3、控制步进电机：通过数据输出模块输出转速控制信号和正反转信号给步进电机驱动器，实现对两个步进电机的同步控制，从而实现对待测仪器两个力臂的同步加载反推力；

4、对电动推杆限位：当电动推杆达到极限位置时，发出报警信号；

5、数据处理和显示：根据采集到的反推力数值和位移数值，通过最小二乘法拟合出反推力与位移的曲线；

6、数据存储和输出。

本发明可对推靠类产品的力臂反推力特性实现自动化测量，并可产品化推广。

附图说明

图1是某井径测量仪的力臂结构。

图2是图1中A部的局部放大示意图。

图3是图2的力臂原理图。

图4是MATLAB绘制的反推力与位移的关系图。

图5是ADAMS分析得到的反推力与位移的关系图。

图6是非线性度的测量示意图。

图7是端基直线法的示意图。

图8是本发明提供的一种力臂反推力特性测量系统的结构框图。

图9是加载机构的结构示意图。

图10是步进电机输出的矩频特性曲线。

图11是连接机构的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图11，具体说明本发明的较佳实施例。

力臂反推力特性测量的原理如下：

如图1所示，是某井径测量仪的力臂结构，该井径测量仪的四条力臂运动相互独立。

如图2所示，中间力臂的结构包含：T型丝杠2的一端连接直流电机1，另一端连接T型螺母3，T型螺母3连接滑动杆4的一端，滑动杆4的另一端固定销轴7，弹簧支撑臂5的一端连接销轴7，另一端连接力臂6。

当井径测量仪处于非工作状态时，通过尾部的直流电机1带动T型丝杠2转动，从而使得T型螺母3产生前后的移动，由于力臂6的弹簧支撑臂5连接在中间的滑动杆4上，弹簧支撑臂5带动力臂6收回到待测试仪器的壳体中；当井径测量仪处于工作状态时，通过直流电机1带动中间的滑动杆4向前移动，这样一方面放松对力臂6的压缩，另一方面推动弹簧支撑臂5也向前移动，力臂6在弹簧支撑臂5的支撑下张开，由于直流电机1的转动是通过T型螺纹2来传递的，所以测量时弹簧支撑臂5的下端连接部分可以看成是绕固定的销轴7旋转，不产生X、Y方向的位移。

如图3所示，是简化的力臂原理图，图中L₂是可压缩的弹簧支撑杆，L₃和L₄是力臂，L₁为两固定点之间的长度，L₂与x轴的夹角为γ度，L₃与x轴的夹角为α度，C点向X轴运动至某一点处时，L3与X轴的夹角为α₀，L₃与L₂的夹角为β度，L₁与x轴的夹角为ε，设L₂弹簧的刚度为k，弹簧支撑杆原始长度为L₂₀，弹簧预紧力为F₀，弹簧的压力为F_A，C点与x轴的距离为S，则反推力F_Cy与力臂位移S_Cy之间的关系如下公式(忽略销轴的摩擦力以及阻尼对反推力F_Cy的影响)。

$F_{Cy}=\frac{F_A{L}_{3}sin\mathrm{\β}}{(L_3+L_4)cos\mathrm{\α}}---\left(1\right)$

$sin\mathrm{\α}=\frac{S}{L_3+L_4}---\left(2\right)$

$L_2^2=L_1^2+L_3^2-2\×L_1\×L_3\×cos(\mathrm{\α}+\mathrm{\ϵ})---\left(3\right)$

$\mathrm{\β}=arccos\left(\frac{L_3^2+L_2^2-L_1^2}{2L_3{L}_2}\right)---\left(4\right)$

F_A＝k(L₂₀-L₂)+F₀(5)

S_Cy＝(L₃+L₄)×(sinα₀-sinα)(6)

S+S_Cy＝(L₃+L₄)sinα₀(7)

根据仪器的尺寸数据，取L₁＝72.6mm，L₂＝232.8mm，L₃＝285mm，L₄＝178mm，α₀＝22.73°，ε＝16.4°，F₀＝450N，k＝40N/mm。利用MATLAB绘制反推力F_Cy和力臂位移S_Cy的关系曲线图，如图4所示，从图中可看出，在位移从零到最大的过程中，反推力F_Cy的变化趋势是由小变大然后在变小的过程，反推力F_Cy的变化与位移S_Cy的变化是非线性的。

考虑到力臂和弹簧支撑臂在转动时，连接销轴之间会有摩擦力的存在，以及在力臂转动时由于轴孔之间有润滑脂，使得力臂在转动时又受到阻尼的影响，这些因素都会影响测量时力的大小。采用机械系统动力学分析软件ADAMS分析反推力F_Cy和位移S_Cy之间的变化关系。创建力臂的三维图，定义力臂为刚体，定义弹簧支撑臂为柔性体。在力臂旋转铰链处设置阻尼为50N·mm·s/d，力臂的移动速度为0.2d/s。数据图如图5所示，图中数据表明在力臂做转动时，轴孔之间摩擦力和阻尼对测试系统反推力F_Cy的影响不是很大。

在力臂反推力特性测量系统中，非线性度是衡量其性能的重要指标之一。非线性度主要反映测试系统的实际输入—输出关系对于理想的线性关系的偏离程度。在实际的测试系统中，大多为非线性的。而对于测试系统非线性的方程式阶次不高、输入量变化不大的情况下，一般采用拟合直线来代替实际的曲线。根据实际测量的曲线偏离拟合直线的程度来获取测试系统的非线性度。

如图6所示，是非线性度的测量示意图，非线性度为：

${\mathrm{\δ}}_L=\frac{{\left({\mathrm{\ΔY}}_L\right)}_{max}}{Y_{FS}}\×100\%---\left(8\right)$

(ΔY_L)_max＝max|ΔY_iL|(i＝1,2,﹒﹒﹒,n)(9)

${\mathrm{\ΔY}}_{iL}={\stackrel{\‾}{Y}}_i-Y_i---\left(10\right)$

其中，Y_FS是满量程的输出值，ΔY_L是第i个点上实际的输入值与拟合直线上对应的点的偏差，(ΔY_L)max是n个测量点中，偏差最大的点。

根据上述计算公式可知，对于非线性度测量最重要的是获取测量点的拟合直线。目前对于拟合直线的确定，国内外还没有统一的标准，一般常用的方法有两种，端基直线法和最小二乘法。

端基直线法是实际测量中所获取的一系列点中的两个端点，两个端点连线就是拟合的直线，端基直线法如图7所示，拟合方程为：

$Y=Y_{min}+\frac{Y_{max}-Y_{min}}{X_{max}-X_{min}}(X-X_{min})---\left(11\right)$

最小二乘法是使标定直线上的所有点与拟合直线上相应点的偏差平方和最小。设拟合曲线方程为y＝kx+b，用偏差的平方和来对斜率k和截距求一阶偏导使其等于0，可得到斜率k和截距b的公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}k=\frac{{\mathrm{n\Σx}}_i{y}_i-{\mathrm{\Σx}}_i{\mathrm{\Σy}}_i}{{\mathrm{n\Σx}}_i^2-{\left({\mathrm{\Σx}}_i\right)}^2}\\ b=\frac{{\mathrm{\Σx}}_i^2{\mathrm{\Σy}}_i-{\mathrm{\Σx}}_i{\mathrm{\Σx}}_i{y}_i}{{\mathrm{n\Σx}}_i^2-{\left({\mathrm{\Σx}}_i\right)}^2}\end{array}\right.---\left(12\right)$

为了使非线性度最小，本发明提供的力臂反推力特性测量系统采用最小二乘法来确定拟合的直线。

如图8所示，本发明提供一种力臂反推力特性测量系统，包含：控制器1，以及分别机械连接待测仪器的两个力臂的第一测量组件和第二测量组件，控制器1通过数据输出模块2将控制信号发送给第一测量组件和第二测量组件，完成对力臂的特性测量，数据采集模块7将第一测量组件和第二测量组件检测到的反推力数据和位移数据发送给控制器1，以供控制器1对数据进行处理。

所述的第一测量组件包含：

第一步进电机驱动器301，其电性连接数据输出模块2，根据数据输出模块2输出的转速数据驱动步进电机；

第一步进电机401，其电性连接第一步进电机驱动器301，在第一步进电机驱动器301的驱动下运动；

第一加载机构501，其一端与第一步进电机401机械连接，另一端与待测仪器中的第一力臂机械连接，且该第一加载机构501电性连接数据输出模块2，该第一加载机构501在第一步进电机401的驱动下对第一力臂加载推力，并将探测得到的反推力数据发送给数据输出模块2；

第一编码器601，其电性连接第一步进电机401和数据输出模块2，测量步进电机的旋转角度来获取第一加载机构的位移数据，并将位移数据发送给数据输出模块2；

如图9所示，所述的第一加载机构501包含：

第一测头5017，其装夹在第一力臂的端部；力臂的实际位移为一小段圆弧，所以测量力臂有纵向位移的同时也会产生轴向位移，测头的尺寸与力臂前端的尺寸匹配，测头能够随着力臂前端移动而移动；

第一力传感器5016，其固定连接第一测头5017，用于测量第一力臂反推力的大小；力传感器的种类一般有应变片力传感器、压电式力传感器、压阻式力传感器，压电式力传感器测量动态力，不能测量静态力，压阻式力传感器测量精度高，一般应用于测量范围小、精度高的场合，应变片式力传感器在力的作用方向测量的敏感度比较高，在其垂直方向测量的敏感度比较低，减小了由于力臂轴线滑移引起的轴线摩擦力对于力传感器测量精度的影响，本实施例中第一力传感器5016采用应变片式力传感器，选用了某公司生产的GLBLSM应变片式力传感器，其测量范围为：0～50kg；非线性度小于±0.03％F·S；输出：0～10VDC模拟量输出；

第一电动推杆5011，其机械连接第一步进电机402，在步进电机的驱动下产生直线运动；

第一直线导轨5013，其通过第一直线导轨座5012与第一电动推杆5011连接；

第一直线导轨滑块5014，其套设在第一直线导轨5013上，并且通过第一力传感器连接块5015与第一力传感器5016连接，测量过程中，当第一步进电机401驱动第一电动推杆5011向前移动时，第一直线导轨滑块5014沿第一直线导轨5013滑动，第一测头5017和第一力传感器5016也随着直线导轨沿轴线滑动。实现了力臂前端部分沿圆弧移动。

所述的第二测量组件包含：

第二步进电机驱动器302，其电性连接数据输出模块2，根据数据输出模块2输出的转速数据驱动步进电机；

第二步进电机402，其电性连接第二步进电机驱动器302，在第二步进电机驱动器302的驱动下运动；

第二加载机构502，其一端与第二步进电机402机械连接，另一端与待测仪器中的第二力臂机械连接，且该第二加载机构502电性连接数据输出模块2，该第二加载机构502在第二步进电机402的驱动下对第二力臂加载推力，并将探测得到的反推力数据发送给数据输出模块2；

第二编码器602，其电性连接第二步进电机402和数据输出模块2，测量步进电机的旋转角度来获取第二加载机构的位移数据，并将位移数据发送给数据输出模块2。

所述的第二加载机构502包含：

第二测头，其装夹在第二力臂的端部；

第二力传感器，其固定连接第二测头，用于测量第二力臂反推力的大小；本实施例中第二力传感器采用应变片式力传感器；

第二电动推杆，其机械连接第二步进电机，在步进电机的驱动下产生直线运动；

第二直线导轨，其通过第二直线导轨座与第二电动推杆连接；

第二直线导轨滑块，其套设在第二直线导轨上，并且通过第二力传感器连接块与第二力传感器连接。

对于力臂反推力特性的测量，一方面要能实现对待测仪器两边的两条力臂的同时加载，另一方面，由于力臂有纵向位移同时伴随有轴向位移，所以要使测头所在的测量点实现两个维度的位移。

一般的机械结构如齿轮齿条、同步带很难实现在大于1m的范围外对待测仪器的两端力臂进行同时加载。电动推杆作为一种新型的电动执行器件，其工作原理为：步进电机输出转速经蜗轮蜗杆减速后，带动丝杠螺母，把步进电机的转动转化为缸体的直线运动，控制步进电机的正反转来实现电动推杆的前后运动，所以选用了电动推杆作为力加载方式。

本实施例中，为了满足最大推力要求，选择了某公司生产的某系列步进电机以及与之相配套的步进电机驱动器，步进电机输出的矩频特性曲线如图10所示。

从图10中可看出，在输出转速为300rpm时，步进电机输出的扭矩可达到2.2N·m，则其输出功率为：

P＝T×n/9550＝2.2×300/9550kW＝0.069kW(13)

电动推杆中间为梯形丝杠，其螺距为8mm，步进电机输出转速为300rpm时，则电动推杆前进速度为：

$V=\frac{n}{60}\×i\×p=\frac{300}{60}\×\frac{1}{5}\×8mm/s=\frac{20}{3}mm/s---\left(14\right)$

式中，n是步进电机输出转速(r/min)，I是蜗轮蜗杆的传动比，p是梯形丝杠螺距(mm)。

根据步进电机的输出功率和电动推杆输出功率的关系：

P₀＝0.97P＝FV(15)

由式(15)可得出，电动推杆在速度为6.5mm/s时，其输出的力F＝4462N，完全满足测试系统的要求。

本实施例中，通过编码器测量步进电机旋转的角度来获取电动推杆位移量的大小，编码器输出的是RS-422电平信号，A相脉冲用来获取步进电机转过的角度，B相脉冲用来判别步进电机的转向(A相的脉冲相位超过B相脉冲相位90°时，步进电机为正转)。

本实施例中，力传感器输出模拟量的电压信号，力传感器的供电电路采用了输入为220VAC输出为24VDC的开关电源，其输出电压容差为±1％，可以满足传感器的供电。

本实施例中，所述的数据采集模块7包含：电性连接的放大调理电路、脉冲计数电路和模拟采样电路，所述的放大调理电路将编码器和力传感器发送的微弱信号进行调理和放大，所述的脉冲计数电路(采用型号为PCI2394的计数器卡)采集编码器输出的RS-422电平信号，所述的模拟采样电路(采用型号为PCI8735的模拟量采集卡)采样力传感器输出的电压信号，并将电压信号转化为力的大小。

本实施例中，所述的数据输出模块2采用型号为PCI8735的数据卡。

本实施例中，所述的控制器1具有以下功能：

1、反推力测量：利用调用库函数来调用数据采集模块7中的模拟采样电路获取力传感器输出的反推力数据；

2、位移测量：利用调用库函数来调用数据采集模块7中的脉冲计数电路获取编码器输出的位移数据；

3、控制步进电机：通过数据输出模块2输出控制信号给步进电机驱动器，所述的控制信号包含两个信号，对步进电机驱动器的PU+接口输出脉冲信号，改变脉冲输出频率可改变步进电机的转速，对步进电机驱动器的DR+接口输出高低电平信号，高电平为正转、低电平为反转，实现对两个步进电机的同步控制，从而实现对待测仪器两个力臂的同步加载反推力；

4、对电动推杆限位：当电动推杆达到极限位置时，发出报警信号；

5、数据处理和显示：根据采集到的反推力数值和位移数值，通过最小二乘法拟合出反推力与位移的曲线；

6、数据存储和输出：对于已获取的数据，根据操作者和时间的命名方式保存成TXT格式文档，把测量的图表、数据、待测仪器型号等相关信息进行打印输出，形成技术文档，方便管理。

如图8所示，本发明提供的一种力臂反推力特性测量系统，还包含：支撑第一步进电机401与第一加载机构501的第一支撑台架801和支撑第二步进电机402与第二加载机构502的第二支撑台架802，以及将第一支撑台架801和第二支撑台架802固定连接在一起的连接机构9。

所述的第一支撑台架801和第二支撑台架802的高度满足：可以使第一加载机构501和第二加载机构502的高度与待测仪器的力臂端部的高度匹配。

所述的第一支撑台架801和第二支撑台架802的底部具有可固定装置，比如带脚刹的万向轮。

本实施例中，假设待测仪器是井径测量仪，根据实际调研可知，井径测量仪两端的力臂由三脚架支撑，三脚架的高度大约为900mm，为了适应三角架的高度，第一支撑台架801和第二支撑台架802的高度设计为840mm，为方便操作人员使用，第一支撑台架801和第二支撑台架802下面安装有万向轮，万向轮带有脚刹，防止测试时受到反推力的作用而产生滑移，支撑台架的材质可以选择角铁、方钢、铝型材和结构件等，角铁和方钢重量大、需要焊接才能可靠有效，不太适合，结构件加工时间长、结构相对复杂，对于单件小批量生产没有成本优势，铝型材以其重量轻、组合方面广泛使用于各行各业，采用铝型材作为支撑台架的材料，支撑台架的安装和固定采用了铝型材专用的T型螺钉和T型螺母以及两端之间连接角件。

在力臂反推力特性测试中，待测仪器的两条力臂上的加载机构需要固连在一块，以加强刚度，防止测量过程中出现瞬间的位移变形。如图11所示，所述的连接机构9包含：若干分别固定设置在第一支撑台架801和第二支撑台架802上的螺旋压紧机构和连接螺旋压紧机构的连接件902。

所述的螺旋压紧机构包含：

压头901，其固定设置在支撑台架上，该压头901具有通孔，连接件902可以穿过该通孔；

压紧螺杆904，其设置在压头901上；

压紧头903，其连接压紧螺杆904。

本实施例中，由于整个力臂反推力特性测量系统的体积比较大，其连接长度达到了1500mm，所以连接件902采用了尺寸为40mm×60mm的方钢，非工作状态时，压紧螺杆904松开使得方钢902可以在压头901中间滑动，可以将方钢902拉到一侧的支撑台架上放置，工作状态时，把方钢902推到第一支撑台架801和第二支撑台架802中间，使方钢902的一部分放置在第一支撑台架801上，同时一部分放置在第二支撑台架802上，拧紧压紧螺杆4，压紧头3压住方钢902，这样就可以把方钢902固连在第一支撑台架801和第二支撑台架802上，压紧头903和压紧螺杆904用内六角螺钉连接，为了使压紧头903能自由旋转，设计使压紧螺杆904拧到最底端还有一定的余量。

本发明可对推靠类产品的力臂反推力特性实现自动化测量，并可产品化推广。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种力臂反推力特性测量系统，其特征在于，包含：控制器，以及分别与待测仪器的两个力臂的端部机械连接的两个同样的测量组件，控制器通过数据输出模块将控制信号发送给两个测量组件，使两个测量组件同步完成对待测仪器两个力臂的特性测量，数据采集模块将两个测量组件检测到的反推力数据和位移数据发送给控制器，以供控制器对数据进行处理。

2.如权利要求1所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的测量组件包含：

步进电机驱动器，其电性连接数据输出模块，根据数据输出模块输出的转速数据驱动步进电机；

步进电机，其电性连接步进电机驱动器，在步进电机驱动器的驱动下运动；

加载机构，其一端与步进电机机械连接，另一端与待测仪器中的力臂机械连接，且该加载机构电性连接数据输出模块，该加载机构在步进电机的驱动下对力臂加载推力，并将探测得到的反推力数据发送给数据输出模块；

第一编码器，其电性连接步进电机和数据输出模块，测量步进电机的旋转角度来获取加载机构的位移数据，并将位移数据发送给数据输出模块。

3.如权利要求2所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的加载机构包含：

测头，其装夹在力臂的端部；

力传感器，其固定连接测头，用于测量第一力臂反推力的大小；

电动推杆，其机械连接步进电机，在步进电机的驱动下产生直线运动；

直线导轨，其通过直线导轨座与电动推杆连接；

直线导轨滑块，其套设在直线导轨上，并且通过力传感器连接块与力传感器连接，当步进电机驱动电动推杆向前移动时，直线导轨滑块沿直线导轨滑动，测头和力传感器也随着直线导轨沿轴线滑动。

4.如权利要求3所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的力传感器采用应变片式力传感器。

5.如权利要求3所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的数据采集模块包含：电性连接的放大调理电路、脉冲计数电路和模拟采样电路，所述的放大调理电路将编码器和力传感器发送的微弱信号进行调理和放大，所述的脉冲计数电路采集编码器输出的位移数据，所述的模拟采样电路采集力传感器输出的反推力数据。

6.如权利要求1-5中任意一个所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的力臂反推力特性测量系统还包含：两个支撑步进电机与加载机构支撑台架，以及将两个支撑台架固定连接在一起的连接机构。

7.如权利要求6所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的支撑台架的高度满足：可以使加载机构的高度与待测仪器的力臂端部的高度匹配；所述的支撑台架的底部具有可固定装置。

8.如权利要求6所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的连接机构包含：若干分别固定设置在两个支撑台架上的螺旋压紧机构和连接螺旋压紧机构的连接件。

9.如权利要求8所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的螺旋压紧机构包含：

压头，其固定设置在支撑台架上，该压头具有通孔，连接件可以穿过该通孔；

压紧螺杆，其设置在压头上；

压紧头，其连接压紧螺杆，在压紧螺杆的驱使下压紧连接件。

10.如权利要求7-9中任意一个所述的力臂反推力特性测量系统，其特征在于，所述的控制器具有以下功能：

1、反推力测量：利用调用库函数来调用数据采集模块中的模拟采样电路获取力传感器输出的反推力数据；

2、位移测量：利用调用库函数来调用数据采集模块中的脉冲计数电路获取编码器输出的位移数据；

3、控制步进电机：通过数据输出模块输出转速控制信号和正反转信号给步进电机驱动器，实现对两个步进电机的同步控制，从而实现对待测仪器两个力臂的同步加载反推力；

4、对电动推杆限位：当电动推杆达到极限位置时，发出报警信号；

5、数据处理和显示：根据采集到的反推力数值和位移数值，通过最小二乘法拟合出反推力与位移的曲线；

6、数据存储和输出。