CN112504534A - 竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弱力测试技术领域，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法。本发明的竖直摆式微小推力测试台装置，包括真空容器、测试台框架、竖直摆摆体、反馈音圈电机、标定音圈电机以及微位移测量仪，竖直摆摆体下端设有推进器；通过上述方式，竖直摆摆体处于平衡状态时，推进器与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的微推进力和反馈弱力具有线性关系，在保证测试精度的条件下，简化了结构以及操作方法；并且，竖直摆摆体处于平衡状态时，标定音圈电机与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的标准弱力和反馈弱力方向具有线性关系，标定音圈电机可以对反馈音圈电机的反馈弱力进行标定，保证了装置的测量精度。

Description

竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法

【技术领域】

本发明涉及弱力测试技术领域，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法。

【背景技术】

分辨率在微牛顿量级及更高精度的微推进器在高精度太空实验中有重要应用。在高精度的深空探测、空间卫星编队飞行等空间任务中，对卫星的姿态控制和轨道控制的精度要求越来越高，而控制的执行器即是高精度空间微推进器，它是空间任务极其重要的组成部分，其性能也决定了空间任务的执行质量甚至成败。另外，空间引力波探测计划、卫星重力场测量、空间等效原理检验、空间微重力隔振等项目中，还需要用微推进器对卫星或局部载荷受到的非引力扰动进行实时补偿，进行所谓的无拖曳控制。

而地面性能评估测试和精度标定是微推进器发展的必由之路，也是其空间应用的前提条件之一。

应用于空间任务的高精度微推进器的地面测试是一件困难的事情。原因在于：地面测试无法避免1g₀地表重力加速度的影响，对于微推进器而言(通常质量在公斤量级)，所受到的重力是地面测试中不可避免的背景力，而需要测试的微弱推力仅为其重力的10⁶～10⁸分之一！另外，普通实验室地面的地表震动噪声(seismic noise)可以达到10^-5m/s²甚至更大，也是亚微牛顿精度的微推力测试和标定的主要限制因素之一。

为了在地面实现亚微牛顿级的精密微推力测试和标定，多个国家的研究团队提出了不同的测试方案。(Meas.Sci.Technol.17,2006,711；IEPC-2009-236)，大都是基于扭称、单摆、倒摆等原理构建对弱力灵敏的机械结构，结合精密位移传感器进行弱力标定。其中法国onera的测试方案和德国airbus的测试方案的基本原理均是采用含有配平质量的竖直摆方案，前者用加速度计测量地面震动并在数据处理中扣除相应误差，后者用两个名义上相同的摆做位移差分测量，该方案潜在分辨率高、控制带宽达到10Hz而从众多方案中脱颖而出，并得到了长足发展。而在国内，针对微推进器尚没有兼具高分辨率又具有赫兹量级测量带宽的测量方案的公开报道。

为了在地面实验室获得高的微弱推力测试和标定精度，常用共模抑制的思想(即差分测量的方案)来抑制地面震动、环境温度波动等噪声。法国航空航天局(ONERA)在测试框架上安装加速度计，同步测量地面震动并通过摆的传递函数进行扣除，该方法中的噪声扣除精度受传递函数精度和加速度计噪声的限制，且对其他环境扰动噪声没有共模抑制能力。德国空客公司提出在同一个框架上构建两个名义上相同的摆，差分测量两个摆的位移，从而扣除共模噪声。不管该微推测量摆工作在开环或闭环模式下，该方法的共模抑制比都依赖于摆的传递函数的获取和匹配精度，该匹配在一定程度上限制了测量精度。

另外，上述方案中，其转轴还用于给摆体上的部件供电。从而，该方案在减少导线带来的不确定噪声的同时，电流的热效应会改变转轴的温度和刚度的稳定性，从而不利于抑制与温度相关的漂移。

对于脉冲式推进器的冲量的测量，需要测试台具有尽可能小的阻尼系数，上述阻尼摆工作于临界阻尼或过阻尼状态，并不适用于这种情况。尽管现有技术CN201410647212.9已做过研究，但该装置未使用配平体等手段，在推进器重力引起的较大刚度作用下，一定的冲量引起的摆角位移会偏小，且对地面没有隔振效果，会在一定程度上限制测试精度。

因此，有必要提供一种新的竖直摆式微小推力测试台装置。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种竖直摆式微小推力测试台装置及用于弱力测试的标定方法，以解决现有技术中测量精度低以及结构复杂的技术问题。

本发明的技术方案如下：提供一种竖直摆式微小推力测试台装置，包括具有容纳腔的真空容器、设于所述容纳腔内并固定于所述真空容器内壁的外框以及设于所述外框的一个或两个测试台单元；

其中，所述测试台单元包括：

固定于所述外框的测试台框架，包括沿竖直方向延伸的第一框体以及与所述第一框体垂直设置的第二框体；

通过转轴可转动连接于所述第二框体的竖直摆摆体，所述竖直摆摆体与所述第一框体平行间隔设置；

设于所述竖直摆摆体的推进器，所述推进器位于所述第二框体的下方或上方；

位于所述第二框体下方或下方的标定音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第一永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第一永久磁铁相对的区域中的第一线圈；

位于所述第二框体上方或上方的反馈音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第二永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第二永久磁铁相对的区域中的第二线圈；

设于所述第一框体并与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪。

优选地，所述测试台单元还包括：

悬球标定组件，包括设于所述第二框体并能沿所述第二框体移动的微纳米平移台、一端设于所述微纳米平移台的悬线、设于所述悬线另一端的标定球以及固定于所述竖直摆摆体上的摆体标定板，所述摆体标定板包括与所述第二框体垂直且彼此相对的第一端面和第二端面，所述微纳米平移台沿着所述第二框体移动，使所述标定球与所述第一端面或所述第二端面接触，进而对所述竖直摆摆体施加弱力。

优选地，所述测试台单元还包括：

磁阻尼器，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体和设于所述竖直摆摆体的顶端并与所述第三永磁体配合的导体；或者，所述竖直摆摆体由金属材料制成，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体，所述第三永磁体与所述竖直摆摆体的顶端相对设置。

优选地，所述测试台单元还包括：

活动设于所述竖直摆摆体的升降配平体，通过调节所述升降配平体在所述竖直摆摆体上的位置以调节所述竖直摆摆体和所述测试台框架的刚度；

和/或，设于所述竖直摆摆体并靠近所述推进器设置的阻热板，用于阻隔所述推进器工作时产生的气流和热量。

优选地，所述测试台框架还包括与所述第一框体和所述第二框体均垂直的第三框体；

所述测试台单元还包括：

设于所述竖直摆摆体并与所述第三框体平行设置的固定板；

以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组片簧，所述片簧的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。

优选地，所述装置还包括：

设于所述真空容器上的真空法兰和真空管；

设于所述外框的测试台电缆接口；

通过所述真空法兰伸入所述真空容器中并通过所述测试台电缆接口分别与所述推进器、所述标定音圈电机、所述反馈音圈电机以及所述微位移测量仪电连接的电缆；

所述测试台单元还包括：以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组转轴导线，所述转轴导线的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。

本发明的另一技术方案如下：提供一种用于弱力测试的标定方法，用于对上述的竖直摆式微小推力测试台装置进行标定，所述标定方法包括：

调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一标准弱力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一反馈弱力，其中，所述第一反馈弱力与所述第一标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述第一线圈的电流与所述第二线圈的电流之间的关系计算第一标定系数。

优选地，所述标定方法还包括：

调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第一端面而对竖直摆摆体施加第二标准弱力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第二反馈弱力，其中，所述第二反馈弱力与所述第二标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第二线圈的电流之间的关系计算第二标定系数。

优选地，所述标定方法还包括：

调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第二端面而对竖直摆摆体施加第三标准弱力；

调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第四标准弱力，所述第四标准弱力与所述第三标准弱力使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第一线圈的电流的关系对所述第二线圈的电流进行校正。

本发明的另一技术方案如下：提供一种弱力测试方法，应用上述的竖直摆式微小推力测试台装置进行弱力测试，包括：

启动推进器以对竖直摆摆体施加待测试推力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加的第三反馈弱力，其中，所述第三反馈弱力与所述推进器的所述待测试推力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述第二线圈的电流以及所述第一标定系数计算所述推进器的所述待测试推力。

本发明的有益效果在于：本发明的竖直摆式微小推力测试台装置，包括真空容器、设于真空容器内的测试台框架、连接于所述测试台框架的竖直摆摆体、对竖直摆摆体施加反馈弱力的反馈音圈电机、对反馈音圈电机进行标定的标定音圈电机以及与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪，所述竖直摆摆体下端设有推进器；通过上述方式，竖直摆摆体处于平衡状态时，推进器与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的微推进力和反馈弱力方向具有线性关系，微推进力和反馈弱力对竖直摆摆体旋转中心的力矩大小相同方向相反，在保证测试精度的条件下，简化了结构以及操作方法；并且，竖直摆摆体处于平衡状态时，标定音圈电机与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的标准弱力和反馈弱力具有线性关系，标准弱力和反馈弱力对竖直摆摆体旋转中心的力矩大小相同方向相反，标定音圈电机可以对反馈音圈电机的反馈弱力进行标定，保证了装置的测量精度。

【附图说明】

图1为本发明实施例1的竖直摆式微小推力测试台装置的侧视图；

图2为本发明实施例1的竖直摆式微小推力测试台装置的正视图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在下文中，将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本发明的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

实施例1

本发明实施例1提供了一种竖直摆式微小推力测试台装置，请参阅图1和图2所示，该竖直摆式微小推力测试台装置包括真空容器1、外框2以及设于外框2上的一个或两个测试台单元3。

其中，真空容器1具有容纳腔1a，外框2设于所述容纳腔1a内并固定于所述真空容器1内壁上。

其中，测试台单元3包括：固定于所述外框2的测试台框架31、竖直摆摆体32、标定音圈电机33、反馈音圈电机34、推进器35和微位移测量仪36。

具体地，测试台框架31包括沿竖直方向延伸的第一框体311以及与所述第一框体311垂直设置的第二框体312，请参阅图1所示，在图1所示视角中，第一框体311竖直设置，第二框体312水平设置。竖直摆摆体32通过转轴37可转动连接于所述第二框体312上，所述竖直摆摆体32与所述第一框体311平行间隔设置。

推进器35设于所述竖直摆摆体32上，位于第二框体312的下方或上方均可，反馈音圈电机33与推进器35需要分别位于第二框体312的不同侧，标定音圈电机33与推进器35需要位于第二框体312的相同侧，具体地，当推进器35位于第二框体312下方时，反馈音圈电机33位于第二框体312上方，标定音圈电机33位于第二框体312下方；当推进器35位于第二框体312上方时，反馈音圈电机33位于第二框体312下方，标定音圈电机33位于第二框体312上方。图1所示中推进器35位于所述第二框体312下方，标定音圈电机33位于所述第二框体312下方，反馈音圈电机34位于所述第二框体312上方，本实施例以图1所示为例进行说明。标定音圈电机33包括第一永磁铁331和第一线圈332，第一永久磁铁331配设在所述第一框体311上并位于与所述竖直摆摆体32相对的面上，第一线圈332配设在所述竖直摆摆体32上并位于与所述第一永久磁铁331相对的区域中，第一线圈332通电时，在第一永磁铁331形成的磁场中受力，以向竖直摆摆体32施加弱力；反馈音圈电机34包括第二永久磁铁341和第二线圈342，第二永久磁铁341配设在所述第一框体311上并位于与所述竖直摆摆体32相对的面上，第二线圈342配设在所述竖直摆摆体32上并位于与所述第二永久磁铁341相对的区域中，第二线圈342通电时，在第二永磁铁341形成的磁场中受力，以向竖直摆摆体32施加弱力；微位移测量仪36设于所述第一框体311上并与所述竖直摆摆体32相对，微位移测量仪36用于检测竖直摆摆体32的微位移。

具体地，竖直摆摆体32的旋转中心32a为转轴37的中心，竖直摆摆体32平衡时，与第二框体312不发生相对转动，由于推进器35和反馈音圈电机34分别位于第二框体312的下方和上方，在进行微推进力测量时，推进器35工作，其对竖直摆摆体32施加微推进力N1，微推进力N1的力臂为推进器35与旋转中心32a之间的距离；反馈音圈电机34工作，其对竖直摆摆体32施加的反馈弱力N2，反馈弱力N2的力臂为第二线圈342与旋转中心32a之间的距离；微推进力N1和反馈弱力N2方向相同并分别位于旋转中心32a的不同侧，微推进力N1和反馈弱力N2对竖直摆摆体32旋转中心32a的力矩大小相同方向相反，微位移测量仪36的读数为0。

在对反馈音圈电机34进行标定时，推进器35关闭，由于标定音圈电机33和反馈音圈电机34分别位于第二框体312的下方和上方，标定音圈电机33工作，其对竖直摆摆体32施加标准弱力N3，标准弱力N3的力臂为第一线圈341与旋转中心32a之间的距离；反馈音圈电机34工作，其对竖直摆摆体32施加的反馈弱力N2’，反馈弱力N2’的力臂为第二线圈342与旋转中心32a之间的距离；标准弱力N3和反馈弱力N2’方向相同并分别位于旋转中心32a的不同侧，标准弱力N3和反馈弱力N2’对竖直摆摆体32旋转中心32a的力矩大小相同方向相反，微位移测量仪36的读数为0。

在本实施例中，当设置两个测试台单元3时，两个测试台单元3分别作为一套开环或闭环测试单元，两套开环或闭环测试单元可以分别精确标定，其差分共模抑制精度由标定精度决定，不依赖各单元传递函数的精确匹配。在第一个可选的实施方式中，所述测试台单元3还包括悬球标定组件38，悬球标定组件38包括设于所述第二框体312并能沿所述第二框体312移动的微纳米平移台381、一端设于所述微纳米平移台381的悬线382、设于所述悬线382另一端的标定球383以及固定于所述竖直摆摆体32上的摆体标定板384，所述摆体标定板384包括与所述第二框体312垂直且彼此相对的第一端面384a和第二端面384b，所述微纳米平移台381沿着所述第二框体312移动，使所述标定球383与所述第一端面384a或所述第二端面384b接触，进而对所述竖直摆摆体32施加弱力。

在本实施方式中，测试台装置可提供精密音圈电机标定(标定音圈电机33)和标定球标定(悬球标定组件38)这两种标定方法的在线同步校验，从而兼顾大推力范围的标定及其标定精度。

具体地，悬球标定组件38为除标定音圈电机33外的另一个用于标定的部件，当悬球标定组件38用于标定反馈音圈电机34时，标定球383与所述第一端面384a接触，进而对所述竖直摆摆体32施加标准弱力N4，标准弱力N4的力臂为标定板384与旋转中心321之间的最短距离；反馈音圈电机34工作，其对竖直摆摆体32施加的反馈弱力N2”，反馈弱力N2”的力臂为第二线圈342与旋转中心32a之间的距离；标准弱力N4和反馈弱力N2”方向相同并分别位于旋转中心32a的不同侧，标准弱力N4和反馈弱力N2”对竖直摆摆体32旋转中心32a的力矩大小相同方向相反，微位移测量仪36的读数为0。

具体地，当悬球标定组件38用于标定标定音圈电机33时，标定球383与所述第二端面384b接触，进而对所述竖直摆摆体32施加标准弱力N5，标准弱力N5的力臂为标定板384与旋转中心321之间的最短距离；标定音圈电机33工作，其对竖直摆摆体32施加的标准弱力N3’，标准弱力N3’的力臂为第一线圈341与旋转中心32a之间的距离；标准弱力N5和标准弱力N3’方向相反并分别位于旋转中心32a的同一侧，标准弱力N5和标准弱力N3’对竖直摆摆体32旋转中心32a的力矩大小相同方向相反，微位移测量仪36的读数为0。

在第二个可选的实施方式中，所述测试台单元3还包括磁阻尼器39，磁阻尼器39包括设于所述第一框体311的第三永磁体391和设于所述竖直摆摆体32的顶端并与所述第三永磁体391配合的导体392，磁阻尼器39用于将竖直摆摆体32的顶端固定。当竖直摆摆体32为金属材料时，无需设置导体392，竖直摆摆体32的顶端可以充当导体。并且，附图中虽然示出了两个第三永久磁体391，但是，第三永久磁体391也可以只设置一个。并且，设置磁阻尼器39只是本实施例的优选方案，磁阻尼器39并不是必须的，在作脉冲冲量等测量时，为提高测量灵敏度，可以从测试台装置中去掉。

在第三个可选的实施方式中，所述测试台单元3还包括升降配平体301以及阻热板302，其中，升降配平体301活动设于所述竖直摆摆体32，通过调节所述升降配平体301在所述竖直摆摆体32上的位置以调节所述竖直摆摆体32和所述测试台框架31的刚度，以适应不同推力大小的推进器35的测试，精确的配平操作适用于追求高测量灵敏度/高精度，而一般的配平，甚至不加配平体适用于大推力/大动态范围推力的测量，因此设置升降配平体301，本实施例的测试台装置就可以针对不同的推力测试需求，调整灵活，适应性强；阻热板302设于所述竖直摆摆体32并靠近所述推进器35设置，用于阻隔所述推进器35工作时产生的气流和热量。在本实施例中，升降配平体301可沿精细丝杠精细调节升降位置，通过调节可使竖直摆摆体32与测试台框架31间达到所需的机械刚度。

在第四个可选的实施方式中，所述测试台框架31还包括与所述第一框体311和所述第二框体312均垂直的第三框体313，请参阅图2所示，在图2的视角中，第二框体312未示出，第一框体311竖直设置，第三框体313水平设置。所述测试台单元3还包括：设于所述竖直摆摆体32并与所述第三框体313平行设置的固定板303；以所述竖直摆摆体32为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体32两侧的两组片簧305，所述片簧305的其中一端设于所述第三框体313、另一端设于所述固定板303。

进一步地，本实施例的装置还包括：设于所述真空容器1上的真空法兰11和真空管12；设于所述外框2的测试台电缆接口13；通过所述真空法兰11伸入所述真空容器1中并通过所述测试台电缆接口13分别与所述推进器35、所述标定音圈电机33、所述反馈音圈电机34以及所述微位移测量仪36电连接的电缆14。片簧305、转轴导线304与测试台框架31以及竖直摆摆体32均绝缘。在满足导电需求时，转轴导线304的转动刚度仅为片簧305的1％，可以忽略。

进一步地，所述测试台单元3还包括：以所述竖直摆摆体32为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体32两侧的两组转轴导线304，所述转轴导线304的其中一端设于所述第三框体313、另一端设于所述固定板303。

进一步地，微位移测量仪36可以是电容式、激光干涉式、自准直仪或电感式的测量仪，对距离的测量精度至少在10nm量级。

在本实施例中，并不用转轴作为导线，而是在转轴旁专门布设导线，避免转轴的热效应对测试精度的影响。

分析表明，对于质量较小但推力较大的推进器的测试，需要寻求配平竖直摆方案和单摆方案之间的可调节过度方案，才能获得理想的测试精度。分析如下。在忽略其他轻质部件对摆体的质量分布的影响时，摆体的转动刚度可表示为：

其中W为片簧的宽度，E为弹性模量，t_s为片簧厚度，l_s为片簧的长度，m₁表示推进器质量，l_s为推进器离开转轴的距离，m_c表示等效配平体的质量，l_c表示配平体偏离转轴的距离(向下为正)，g₀为本地重力加速度。由此可见，该测试台的转动刚度由片簧的刚度和摆体质量分布刚度两部分组成。在高精度微小推力测量中，可以调节配平体位置，使后者接近零，甚至为负值，从而抵消前者，达到总转动刚度为零的对外力矩超灵敏的测试状态。另一方面，对推力较大的推进器进行测试时，为避免转角过大而导致测试信号饱和或测试非线性效应过大的现象出现，可向相反方向调节配平体，使后者大到一定的正值，以满足测试需求。

在极高精度的微小推力测量中，为了测量和评估地面震动、温度波动等测试噪声，设置有两套测试台单元3，该测试台装置包括两个竖直摆摆体32，用于同步测量和扣除测量噪声。

在对脉冲型的推进器35的冲量测量时，去掉可调式的磁阻尼器39，断开闭环控制回路，用极低阻尼的开环摆测量模式。

本实施例的装置，针对现有技术中的不足，给出了可调配平体式竖直摆微小推力测试台装置，包含一个闭环测试台单元3，或两个相互独立的闭环测试台单元3进行差分测量。在测试台单元3标定后，无需进行传递函数的匹配，可实时进行共模噪声扣除，从而实现微推进器分辨率在0.1μN及更高精度的微推力测试和标定。该装置结构紧凑，较方便操作，便于测试台小型化、集成化。

实施例2

本发明实施例2提供了一种用于弱力测试的标定方法，用于对实施例1的竖直摆式微小推力测试台装置进行标定，该标定方法包括如下步骤：

S201，调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一标准弱力；

S202，调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一反馈弱力，其中，所述第一反馈弱力与所述第一标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

S203，根据所述第一线圈的电流与所述第二线圈的电流之间的关系计算第一标定系数。

在上述步骤中，利用标定音圈电机对反馈音圈电机进行标定。

在一个可选的实施方式中，所述标定方法还包括：

S204，调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第一端面而对竖直摆摆体施加第二标准弱力。

S205，调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第二反馈弱力，其中，所述第二反馈弱力与所述第二标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态。

S206，根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第二线圈的电流之间的关系计算第二标定系数。

在上述步骤中，利用悬球标定组件对反馈音圈电机进行标定。

进一步地，所述标定方法还包括：

S207，调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第二端面而对竖直摆摆体施加第三标准弱力。

S208，调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第四标准弱力，所述第四标准弱力与所述第三标准弱力使所述竖直摆摆体处于平衡状态。

S209，根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第一线圈的电流的关系对所述第二线圈的电流进行校正。

在上述步骤中，利用悬球标定组件对标定音圈电机进行校正。

实施例3

本发明实施例3提供了一种弱力测试方法，应用上述的竖直摆式微小推力测试台装置进行弱力测试，该测试方法包括如下步骤：

S301，启动推进器以对竖直摆摆体施加待测试推力。

S302，调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加的第三反馈弱力，其中，所述第三反馈弱力与所述推进器的所述待测试推力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态。

S303，根据所述第二线圈的电流以及所述第一标定系数计算所述推进器的所述待测试推力。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，包括具有容纳腔的真空容器、设于所述容纳腔内并固定于所述真空容器内壁的外框以及设于所述外框的一个或两个测试台单元；

其中，所述测试台单元包括：

固定于所述外框的测试台框架，包括沿竖直方向延伸的第一框体以及与所述第一框体垂直设置的第二框体；

通过转轴可转动连接于所述第二框体的竖直摆摆体，所述竖直摆摆体与所述第一框体平行间隔设置；

设于所述竖直摆摆体的推进器，所述推进器位于所述第二框体的下方或上方；

位于所述第二框体下方或上方的标定音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第一永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第一永久磁铁相对的区域中的第一线圈；

位于所述第二框体上方或下方的反馈音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第二永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第二永久磁铁相对的区域中的第二线圈；

设于所述第一框体并与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪。

2.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：

悬球标定组件，包括设于所述第二框体并能沿所述第二框体移动的微纳米平移台、一端设于所述微纳米平移台的悬线、设于所述悬线另一端的标定球以及固定于所述竖直摆摆体上的摆体标定板，所述摆体标定板包括与所述第二框体垂直且彼此相对的第一端面和第二端面，所述微纳米平移台沿着所述第二框体移动，使所述标定球与所述第一端面或所述第二端面接触，进而对所述竖直摆摆体施加弱力。

3.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：

磁阻尼器，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体和设于所述竖直摆摆体的顶端并与所述第三永磁体配合的导体；或者，所述竖直摆摆体由金属材料制成，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体，所述第三永磁体与所述竖直摆摆体的顶端相对设置。

4.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：

活动设于所述竖直摆摆体的升降配平体，通过调节所述升降配平体在所述竖直摆摆体上的位置以调节所述竖直摆摆体和所述测试台框架的刚度；

和/或，设于所述竖直摆摆体并靠近所述推进器设置的阻热板，用于阻隔所述推进器工作时产生的气流和热量。

5.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台框架还包括与所述第一框体和所述第二框体均垂直的第三框体；

所述测试台单元还包括：

设于所述竖直摆摆体并与所述第三框体平行设置的固定板；

以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组片簧，所述片簧的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。

6.根据权利要求5所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述装置还包括：

设于所述真空容器上的真空法兰和真空管；

设于所述外框的测试台电缆接口；

通过所述真空法兰伸入所述真空容器中并通过所述测试台电缆接口分别与所述推进器、所述标定音圈电机、所述反馈音圈电机以及所述微位移测量仪电连接的电缆；

所述测试台单元还包括：以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组转轴导线，所述转轴导线的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。

7.一种用于弱力测试的标定方法，其特征在于，用于对权利要求1至6任一项所述的竖直摆式微小推力测试台装置进行标定，所述标定方法包括：

调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一标准弱力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一反馈弱力，其中，所述第一反馈弱力与所述第一标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述第一线圈的电流与所述第二线圈的电流之间的关系计算第一标定系数。

8.根据权利要求7所述的用于弱力测试的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：

调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第一端面而对竖直摆摆体施加第二标准弱力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第二反馈弱力，其中，所述第二反馈弱力与所述第二标准弱力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第二线圈的电流之间的关系计算第二标定系数。

9.根据权利要求7所述的用于弱力测试的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：

调节微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离，使标定球抵靠在摆体标定板的第二端面而对竖直摆摆体施加第三标准弱力；

调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第四标准弱力，所述第四标准弱力与所述第三标准弱力使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述微纳米平移台在所述第二框体上的移动距离与所述第一线圈的电流的关系对所述第二线圈的电流进行校正。

10.一种弱力测试方法，其特征在于，应用权利要求1至6任一项所述的竖直摆式微小推力测试台装置进行弱力测试，包括：

启动推进器以对竖直摆摆体施加待测试推力；

调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加的第三反馈弱力，其中，所述第三反馈弱力与所述推进器的所述待测试推力共同作用使所述竖直摆摆体处于平衡状态；

根据所述第二线圈的电流以及所述第一标定系数计算所述推进器的所述待测试推力。

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