CN114235246B - 重力法微推力测量装置及其管路应力干扰排除方法 - Google Patents

重力法微推力测量装置及其管路应力干扰排除方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种重力法微推力测量装置及测量装置中管路应力干扰排除方法，包括：称重天平(100)、动架(200)、螺旋气管(300)、定架(400)；动架(200)设置在称重天平(100)上，动架(200)与定架(400)之间通过螺旋气管(300)进行连接；所述动架(200)包括：推力器支架(202)。本发明在称重天平上安装推力器支架固定推力器，在天平侧面加装一个固定在天平上的定架机构，两者之间增加螺旋管路减小外接气路与天平托盘的接触管路，从而减小气体管路在测量中的应力干扰，适用于在尺寸较小的工作环境下的推力快速测量场合。

Description

重力法微推力测量装置及其管路应力干扰排除方法
技术领域
本发明涉及微推进系统性能测量领域，具体地，涉及重力法微推力测量装置中管路应力干扰排除方法，尤其是狭小工作空间下微牛级推进系统的推力测量装置中管路应力干扰排除方法。
背景技术
随着各种微小卫星的不断发展，适用于微小卫星实现轨道转移、姿态控制的微型推力器成为了重要的研究方向，推力级别不断下移，已经达到了微牛量级，即微推力。这对推力测量手段提出了更高的要求。
目前微推力测量主要有天平结构、倒摆结构、单摆结构、扭丝悬挂扭摆结构等测量装置。其中倒摆、单摆、扭丝悬挂扭摆结构的推力测量装置尺寸较大，需要在体积较大的真空设备中完成实验，不适用于狭小的测量环境。天平结构推力测量装置是基于压电效应的一种推力测量方法，可应用在较为狭小的测量环境中。本发明所采用的推力测量方式便是采用基于天平结构的标准称重模块来实现微小推力的精确测量。
冷气推力器是一种将工质气体通过喷管直接喷射出去的推进方式，推力一般在μN～mN量级，在采用天平结构装置进行推力测量时将推力器放在称量精度非常高的天平上一般至少需要0.1mg级，即0.98μN，羽流逆着重力加速度的方向喷出，天平示数的变化量即为推力器的推力。但是在微牛级冷气推力器的推力测量过程中，由于工质气体经过管路时同样对高精度天平同样具有应力，且应力干扰同样在μN量级，导致测量结果不准确，因此需要采用一定的方法来排除管路应力的干扰。
专利文献CN111380486A公开了一种用于微小推力测量的高分辨率角位移测量装置及其方法。测量装置包括激光位移传感器、支架、阿基米德测量块、数据采集仪，阿基米德测量块随被测目标同轴转动，其外径随方位角呈线性增加，通过测量激光传感器和阿基米德测量块侧表面之间的距离变化解算被测目标的角位移；测量步骤包括(1)激光位移传感器发射测量光测量其与阿基米德测量块侧表面之间的距离，(2)数据采集仪采集并记录激光文位移传感器输出的模拟信号电压，(3)通过输出电压的变化来解算被测目标的角位移。但是该专利文献无法满足管路系统中的微推力测量需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种重力法微推力测量装置中管路应力干扰排除方法。
根据本发明提供的一种重力法微推力测量装置，包括：称重天平100、动架200、螺旋气管300、定架400；
动架200设置在称重天平100的托盘上，动架200与定架400之间通过螺旋气管300进行连接；
所述动架200包括：推力器支架202；
定架400与称重天平100侧面之间固定连接。
优选地，所述动架200包括：电接点201、第一支架203、气路出口204；
所述定架400包括：第二支架401、气路进口402、定架支撑结构403；
推力器支架202设置在称重天平100上，第一支架203设置在推力器支架202上，电接点201设置在第一支架203上，气路出口204设置在第一支架203上；
第二支架401设置在定架支撑结构403上，气路进口402设置在第二支架401；
螺旋气管300的进口、出口分别连接在气路进口402、气路出口204上。
优选地，气路进口402能够被锁定在第二支架401的不同高度上；
气路出口204能够被锁定在第一支架203的不同高度上；
通过调整气路进口402、气路出口204之前的高度差，能够使得螺旋气管300不呈现拉伸或压缩状态。
优选地，气路出口204与推力器之间的气路管道粘接在推力器支架202上。
优选地，电接点201通过漆包线与推力器的供电线路连接，漆包线绕制成弹簧状。
优选地，螺旋气管300由金属毛细管绕制而成。
优选地，气路出口204与推力器的气路入口之间处于同一高度，使得气流以水平方向进入推力器。
优选地，螺旋气管300的上下两段管路，分别通过第一支架203和第二支架401在高度上的调节和/或气管长度上的调节，使得螺旋气管300的上下两段管路相互平行且与称重天平100的托盘平行。
优选地，所述螺旋气管300具有轴线为竖直方向的螺旋管路。
根据本发明提供的一种重力法微推力测量装置中管路应力干扰排除方法，采用所述的重力法微推力测量装置排除管路应力的干扰。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在称重天平上安装推力器支架固定推力器，在天平侧面加装一个固定在天平上的定架机构，两者之间增加螺旋管路减小外接气路与天平托盘的接触管路，从而减小气体管路在测量中的应力干扰，适用于在尺寸较小的工作环境下的推力快速测量场合。
2、本发明中螺旋气管300采用轻质金属螺旋气管隔离动架200和定架400，螺旋气管300由金属毛细管绕制而成螺旋形，减小管路应力的干扰
3、本发明通过调整气路进出口的高度使得气流可以水平方向进入动架200中，减弱气流对动架200的干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为冷气推力器推力测量装置示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
称重天平的精度可以达到0.01～0.1mg，测量推力达到0.1～1μN级别，但由于微牛级冷气推力器的推力在μN量级，工作时，工质气体经过管路时直接作用在称重天平上的应力同样在μN量级，在测量时不能忽略，因此需要排除管路应力造成的影响。
如图1所示，根据本发明提供的一种重力法微推力测量装置，包括：称重天平100、动架200、螺旋气管300、定架400；动架200设置在称重天平100上，动架200与定架400之间通过螺旋气管300进行连接；所述动架200包括：推力器支架202。所述动架200包括：电接点201、第一支架203、气路出口204；所述定架400包括：第二支架401、气路进口402、定架支撑结构403；推力器支架202设置在称重天平100上，第一支架203设置在推力器支架202上，电接点201设置在第一支架203上，气路出口204设置在第一支架203上；第二支架401设置在定架支撑结构403上，气路进口402设置在第二支架401；螺旋气管300的进口、出口分别连接在气路进口402、气路出口204上。在进行推力测量时，将外部气管接到测量装置定架400的气路进口402处，定架200和动架400之间通过螺旋气管300进行连接。所述螺旋气管300具有轴线为竖直方向的螺旋管路，来减小μN级冷气推力器在推力测量时工质气体管路带来的应力干扰。
气路进口402能够被锁定在第二支架401的不同高度上；气路出口204能够被锁定在第一支架203的不同高度上；通过调整气路进口402、气路出口204之前的高度差，能够使得螺旋气管300不呈现拉伸或压缩状态，防止螺旋气管300的内力影响到测量。气路出口204与推力器之间的气路管道粘接在推力器支架202上。电接点201通过漆包线与推力器的供电线路连接，漆包线绕制成弹簧状。在优选例中，螺旋气管300采用轻质金属螺旋气管隔离动架200和定架400，螺旋气管300由金属毛细管绕制而成螺旋形，减小管路应力的干扰。
气路出口204与推力器的气路入口之间处于同一高度，使得气流以水平方向进入推力器。螺旋气管300的上下两段管路，分别通过第一支架203和第二支架401在高度上的调节和/或气管长度上的调节，使得螺旋气管300的上下两段管路相互平行且与称重天平100的托盘平行。所述螺旋气管300具有轴线为竖直方向的螺旋管路。螺旋气管300的出口通过一根长度较短的气管与推力器的气路入口相连，其中螺旋气管300起到削弱来流气体对高精度称重天平100测量结果的干扰，与推力器的气路入口相连的气管粘接在推力器支架202上，防止气流经过时气管的振动影响到测量结果。用漆包线通过电接点201与推力器的供电线路连接，电接点201对外连接的导线采用直径小于0.1mm的漆包线，且漆包线绕制成弹簧状，防止供电线路对测量结果的干扰。
根据本发明提供的一种重力法微推力测量装置中管路应力干扰排除方法，采用所述的重力法微推力测量装置排除管路应力的干扰，包括：
1、将高精度称重天平100和定架支撑结构403固定在同一水平面上，动架200的推力器支架202安装在称重天平100的托盘上；
2、将螺旋气管300的进口、出口，分别安装到的动架200上的第一支架203、定架400上的第二支架401上，以连接动架200和定架400；
3、螺旋气管300由Ф1×0.2金属毛细管绕制而成；
4、外部来流从定架400上的气路进口402注入，通过螺旋气管300进入推力器的气路进口中，通过调整气路进出口的高度使得气流可以水平方向进入动架200中，减弱气流对动架200的干扰；
5、电接点201设置在第一支架203上，通过直径不超过0.1mm的漆包线连接动架200和外部电路，防止导线对测量结果造成干扰；
6、通过测量推力器工作前后高精度称重天平100示数的变化可以得到冷气推力器的推力。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种重力法微推力测量装置，其特征在于，包括：称重天平(100)、动架(200)、螺旋气管(300)、定架(400)；
动架(200)设置在称重天平(100)的托盘上，动架(200)与定架(400)之间通过螺旋气管(300)进行连接；
所述动架(200)包括：推力器支架(202)；
定架(400)与称重天平(100)侧面之间固定连接；
所述动架(200)包括：电接点(201)、第一支架(203)、气路出口(204)；
所述定架(400)包括：第二支架(401)、气路进口(402)、定架支撑结构(403)；
推力器支架(202)设置在称重天平(100)上，第一支架(203)设置在推力器支架(202)上，电接点(201)设置在第一支架(203)上，气路出口(204)设置在第一支架(203)上；
第二支架(401)设置在定架支撑结构(403)上，气路进口(402)设置在第二支架(401)；
螺旋气管(300)的进口、出口分别连接在气路进口(402)、气路出口(204)上；
气路进口(402)能够被锁定在第二支架(401)的不同高度上；
气路出口(204)能够被锁定在第一支架(203)的不同高度上；
通过调整气路进口(402)、气路出口(204)之前的高度差，能够使得螺旋气管(300)不呈现拉伸或压缩状态；
气路出口(204)与推力器之间的气路管道粘接在推力器支架(202)上；
电接点(201)通过漆包线与推力器的供电线路连接，漆包线绕制成弹簧状。
2.根据权利要求1所述的重力法微推力测量装置，其特征在于，螺旋气管(300)由金属毛细管绕制而成。
3.根据权利要求1所述的重力法微推力测量装置，其特征在于，气路出口(204)与推力器的气路入口之间处于同一高度，使得气流以水平方向进入推力器。
4.根据权利要求2所述的重力法微推力测量装置，其特征在于，螺旋气管(300)的上下两段管路，分别通过第一支架(203)和第二支架(401)在高度上的调节和/或气管长度上的调节，使得螺旋气管(300)的上下两段管路相互平行且与称重天平(100)的托盘平行。
5.根据权利要求1所述的重力法微推力测量装置，其特征在于，所述螺旋气管(300)具有轴线为竖直方向的螺旋管路。
6.一种重力法微推力测量装置中管路应力干扰排除方法，其特征在于，采用权利要求1所述的重力法微推力测量装置排除管路应力的干扰。
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