CN115307803A - 一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，包括支撑框架、一级扭丝、二级扭丝、磁阻尼器、水平秤杆、反光镜以及激光位移传感器，一级扭丝上端与支撑框架顶部中间位置连接，一级纽丝下端连接铝盘，铝盘下端连接与一级扭丝同轴布置的二级扭丝，二级扭丝的下端与水平秤杆的中心连接，支撑框架的顶部中间位置的下方还设有磁阻尼器，磁阻尼器套设在铝盘外侧；水平秤杆的两端上方分别设有一个反光镜，支撑框架上与两个反光镜对应的位置各设有一个激光位移传感器，反光镜正对激光位置传感器布置。本发明采用双路激光检测的测量方案，通过将两路激光位移传感器测试数据进行解耦与换算，对扭摆工作过程中的偶然误差具有一定的校正作用。

Description

一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置

技术领域

本发明涉及空间扭摆装置相关技术领域，具体涉及一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置。

背景技术

空间常用的微力测量模式有直接测量方案和间接测量方案，直接测量方案是将推进器直接安装在测量装置上，通过测量推进器反作用于测量装置上的作用力，直接得到推力的大小。常见的间接测量模式有：杠杆放大模式、电磁天平模式和扭摆模式。

扭摆模式是利用旋丝扭摆的机理，在悬丝下方的水平秤杆一端放置推进器，另一端进行配重。通过测量微推力作用下，扭摆的扭转角或扭转周期，结合悬丝的扭转刚度系数，从而得出微推力和脉冲值的大小。这种测量模式结构简单，通过激光测量仪器检测，测量精度高，但仍存在悬丝扭摆所能承受的拉力与分辨率成反比，平衡所需的时间较长等不足。

同时，微力测量扭摆是用于空间引力波探测的惯性传感器进行地基实验时不可或缺的一套测试系统，它利用精密的激光测量仪器，可以很好地进行微小干扰力(mN量级以下)的测试。既可以测试分析检验质量锁紧释放干扰力的影响，又可以对检验质量所受到的静电力进行标定测量，现实应用价值很高。

美国佛罗里达大学研制的用于空间引力波观测站和大地测量飞行任务相关技术的开发的新型扭摆，将扭转摆的旋转运动转化为测试质量的平移，通过激光干涉仪检测测试质量的位移。该扭摆所能承受载荷质量为477g，不能满足大质量载荷的整机测试，只适用于小质量的对称结构测试。并且佛罗里达大学扭摆结构较复杂，实现难度与成本均较高。

华中科技大学研制出用于万有引力常数G测量的扭摆测量系统，该系统由悬丝扭摆、标定系统、磁阻尼系统、激光测量系统、环境监测系统以及静电伺服系统组成。它利用自由振荡法标定固有频率，利用定位球标定转动惯量，得出扭摆系统的扭转刚度，并通过静电伺服控制进行快速稳定。华中科技大学的扭摆承载质量为80g，仪器自身配置真空系统，限制了载荷的参数，所能承载的质量较小，无法满足大质量、大体积载荷的整机测试。此外，该扭摆具有较大的测量局限性，采用单路自准直仪对中心点反光镜进行位姿测量，不能实现较大量程的测试，分辨率与量程之间对立互斥性强，并且搭建所需成本较高。

发明内容

本发明为了解决现有的扭摆系统承重较轻，可测推力范围较小的问题，提供了一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，包括支撑框架、一级扭丝、二级扭丝、磁阻尼器、水平秤杆、反光镜以及激光位移传感器，所述一级扭丝上端与支撑框架顶部中间位置连接，所述一级纽丝下端连接铝盘，所述铝盘下端连接与一级扭丝同轴布置的二级扭丝，所述二级扭丝的下端与水平秤杆的中心连接，所述支撑框架的顶部中间位置的下方还设有磁阻尼器，所述磁阻尼器套设在所述铝盘外侧；所述水平秤杆的两端上方分别设有一个反光镜，所述支撑框架上与两个反光镜对应的位置各设有一个激光位移传感器，所述反光镜正对所述激光位置传感器布置。

本发明的有益效果是：本发明的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置能够实现对空间站核心舱高微柜外体喷气推进系统的微力测试；采用双路激光检测的测量方案，通过将两路激光位移传感器测试数据进行解耦与换算，对扭摆工作过程中的偶然误差具有一定的校正作用，并且降低了单路激光测量仪器的性能要求，所需的成本减少。本发明采用二级悬丝连接水平秤杆，水平秤杆上可以设置多个载荷固定点，一方面实现了一器多用，可以对众多类型载荷进行微力测量，另一方面达到了更高的测量精度，降低地脉动对测量结果的影响，可以有效减低环境噪声的影响。本发明在两级扭丝连接位置设置磁阻尼器，降低扭丝受力不垂直时的摆动影响。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述一级扭丝的下端连接有两个夹头，两个夹头的非夹持端连接固定，两个夹头的夹持端分别朝上和朝下布置并分别与一级扭丝的下端以及二级扭丝的上端夹紧固定；两个所述夹头的非夹持端的外周侧壁上套设固定有铝盘。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用相互连接的两个夹头，可以分别对一级扭丝和二级扭丝连接位置进行夹紧固定，方便组装。

进一步，所述支撑框架的顶部中间位置连接有夹头，所述夹头的夹持端朝下布置且与一级扭丝的上端夹紧固定；所述水平秤杆的中心位置固定有夹头，该夹头的夹持端朝上布置且与二级扭丝的下端夹紧固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于以及扭丝上端和二级扭丝下端的连接固定。

进一步，所述夹头包括第一螺纹套筒、夹紧头以及第二螺纹套筒，所述第一螺纹套筒的外侧壁上设有外螺纹，所述第二螺纹套筒的内侧壁上设有内螺纹，所述第二螺纹套筒的一端设有圆锥形锁紧结构，所述圆锥形锁紧结构的中心位置开设有夹持孔，所述夹紧头的一端具有多个圆周排布且间隔布置的夹紧块，多个夹紧块形成具有缓冲间隙的圆锥形夹紧头结构，所述圆锥形夹紧头结构适配套设在所述第二螺纹套筒一端的圆锥形锁紧结构内，所述夹紧头的另一端套设并限位在所述第一螺纹套筒内，所述第二螺纹套筒另一端套设并螺纹连接在所述第一螺纹套筒的外侧壁上，通过拧动第二螺纹套筒使圆锥形锁紧结构锁紧多个夹紧块实现夹紧固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用圆锥形锁紧结构与圆锥形夹紧头配合，可以通过旋紧第二螺纹套筒，实现多个夹持块的共同合拢作用，实现对扭丝的夹紧固定。还可以通过旋松第二螺纹套筒，实现多个夹持块的共同张开，实现对扭丝取消夹持。

进一步，所述磁阻尼器包括套筒、环形永磁体以及固定杆，所述套筒竖直套设在所述铝盘外侧，所述套筒的外侧壁上设有环形法兰边，所述环形法兰边通过固定杆固定在所述支撑框架的顶部中间位置，所述套筒的内侧壁上端位置和下端位置各设有一个环形永磁体，位于套筒内侧壁上端位置的环形永磁体套设在所述一级扭丝外侧并位于铝盘的上方，位于套筒内侧壁下端位置的环形永磁体套设在所述二级扭丝外侧并位于铝盘的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以通过调节固定杆，调节套筒的高度。

进一步，所述一级扭丝以及二级扭丝均采用钨丝，所述一级扭丝的外径大于二级扭丝的外径。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用钨丝作为扭丝，较细的扭丝可以使扭摆具有很高的灵敏度与分辨率。

进一步，所述支撑框架的顶部中间位置螺纹连接有竖直布置的调节螺杆，所述调节螺杆的下端一级扭丝的上端连接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过空载时调节螺杆的手动旋转，从而调整扭丝的总长度。并可以在装入载荷后，小角度旋转调节螺杆，调节反光镜与激光位移传感器间的初始角度。

进一步，所述水平秤杆的上方设有多个标定球。

进一步，还包括载荷工装板，所述载荷工装板的上表面固定在所述水平秤杆的下表面，所述载荷工装板的上表面还设有两个配重丝杠滑台，两个配重丝杠滑台分别位于所述水平秤杆的两侧且分别与所述水平秤杆的平行布置，两个配重丝杠滑台与水平秤杆之间的间距相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：载荷工装板上设置配重丝杠滑台，担负调节扭摆系统平衡的重任。在放入载荷后，由于人为摆放不够准确，使扭摆系统容易发生偏斜，导致扭摆系统运行不稳定，测量不精准。因此，在载荷工装板两侧设置安装手动精密丝杠滑台，使扭摆系统保持平衡状态。

进一步，所述载荷工装板上开设有装配孔或所述载荷工装板的下表面上设有Z字型或L型的载荷装配件。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以将载荷直接通过连接件装配在装配孔内，也可以装配在载荷装配件上。

附图说明

图1为本发明推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置的立体结构示意图；

图2为本发明推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置隐藏部分支撑框架的立体结构示意图；

图3为图2中A部的放大结构示意图；

图4为本发明推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置隐藏部分支撑框架的俯视结构示意图；

图5为本发明图4中B-B的剖视结构示意图；

图6为图5中B部的放大结构示意图；

图7为本发明磁阻尼器的立体爆炸结构示意图；

图8为本发明夹头的主视结构示意图；

图9为图8中A-A的剖视结构示意图；

图10为本发明夹头的立体爆炸结构示意图；

图11为本发明角度测量原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、支撑框架；11、传感器支撑架；

2、一级扭丝；21、二级扭丝；

3、夹头；31、第一螺纹套筒；32、夹紧头；33、第二螺纹套筒；34、圆锥形锁紧结构；35、夹持孔；36、夹紧块；37、缓冲间隙；

4、磁阻尼器；41、铝盘；42、套筒；43、环形永磁体；44、固定杆；45、环形法兰边；46、盖板；

5、水平秤杆；51、标定球；

6、反光镜；7、激光位移传感器；8、调节螺杆；

9、载荷工装板；91、配重丝杠滑台；911、丝杠；912、配重滑块；913、滑轨；914、驱动机构；92、载荷装配件；10、载荷。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1～图10所示，本实施例的一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，包括支撑框架1、一级扭丝2、二级扭丝21、磁阻尼器4、水平秤杆5、反光镜6以及激光位移传感器7，所述一级扭丝2上端与支撑框架1顶部中间位置连接，所述一级纽丝2下端连接铝盘41，所述铝盘41下端连接与一级扭丝2同轴布置的二级扭丝21，所述二级扭丝21的下端与水平秤杆5的中心连接，所述支撑框架1的顶部中间位置的下方还设有磁阻尼器4，所述磁阻尼器4套设在所述铝盘41外侧；所述水平秤杆5的两端上方分别设有一个反光镜6，所述支撑框架1上与两个反光镜6对应的位置各设有一个激光位移传感器7，所述反光镜6正对所述激光位置传感器7布置。水平秤杆安装扭摆转动惯量标定系统，实现对扭摆系统实际扭转刚度系数的计算；本实施例的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，利用悬丝模式，通过两个激光位移传感器对水平秤杆两端的反光镜进行测量，使双激光位移传感器测得扭转的参数变化值，精度更高，水平秤杆长力臂具有力放大的功效，实现微推力精准测量。保证扭摆系统在大负载、小推力、低成本、高精度下，实现高微柜悬浮实验台整体的吊装测试，为高微柜悬浮实验台喷气推进器的控制参数提供良好的数据支撑。

如图6以及图7所示，本实施例的所述一级扭丝2的下端连接有两个夹头3，两个夹头3的非夹持端连接固定，两个夹头3的夹持端分别朝上和朝下布置并分别与一级扭丝2的下端以及二级扭丝21的上端夹紧固定；两个所述夹头3的非夹持端的外周侧壁上套设固定有铝盘41。采用相互连接的两个夹头，可以分别对一级扭丝和二级扭丝连接位置进行夹紧固定，方便组装。

如图5所示，本实施例的所述支撑框架1的顶部中间位置连接有夹头3，所述夹头3的夹持端朝下布置且与一级扭丝2的上端夹紧固定；所述水平秤杆5的中心位置固定有夹头3，该夹头3的夹持端朝上布置且与二级扭丝21的下端夹紧固定。便于以及扭丝上端和二级扭丝下端的连接固定。

如图8～图10所示，本实施例关于夹头3的一个具体方案为，所述夹头3包括第一螺纹套筒31、夹紧头32以及第二螺纹套筒33，所述第一螺纹套筒31的外侧壁上设有外螺纹，所述第二螺纹套筒33的内侧壁上设有内螺纹，所述第二螺纹套筒33的一端设有圆锥形锁紧结构34，所述圆锥形锁紧结构34的中心位置开设有夹持孔35，所述夹紧头32的一端具有多个圆周排布且间隔布置的夹紧块36，多个夹紧块36形成具有缓冲间隙37的圆锥形夹紧头结构，所述圆锥形夹紧头结构适配套设在所述第二螺纹套筒33一端的圆锥形锁紧结构34内，所述夹紧头32的另一端套设并限位在所述第一螺纹套筒31内，所述第二螺纹套筒33另一端套设并螺纹连接在所述第一螺纹套筒31的外侧壁上，通过拧动第二螺纹套筒33使圆锥形锁紧结构34锁紧多个夹紧块36实现夹紧固定。利用圆锥形锁紧结构与圆锥形夹紧头配合，可以通过旋紧第二螺纹套筒，实现多个夹持块的共同合拢作用，实现对扭丝的夹紧固定。还可以通过旋松第二螺纹套筒，实现多个夹持块的共同张开，实现对扭丝取消夹持。第一螺纹套筒与第二螺纹套筒之间通过螺纹推进，实现扭丝的夹持，并且这种模式，承载载荷越重，夹持力也越大。这种夹持模式利于扭丝的对中，因为没有扭转和捆绑，受力方向竖直，对测量影响近乎为零。

如图6和图7所示，本实施例关于磁阻尼器4的一个具体方案为，所述磁阻尼器4包括套筒42、环形永磁体43以及固定杆44，所述套筒42竖直套设在所述铝盘41外侧，所述套筒42的外侧壁上设有环形法兰边45，所述环形法兰边45通过固定杆44固定在所述支撑框架1的顶部中间位置，所述套筒42的内侧壁上端位置和下端位置各设有一个环形永磁体43，位于套筒42内侧壁上端位置的环形永磁体43套设在所述一级扭丝2外侧并位于铝盘41的上方，位于套筒42内侧壁下端位置的环形永磁体43套设在所述二级扭丝21外侧并位于铝盘41的下方。可以通过调节固定杆，调节套筒的高度。磁阻尼器利用磁场中的涡流效应，阻碍内部铝盘的水平移动，从而防止了扭摆系统的摆动，使扭丝只能做扭转变形，保证扭丝始终垂直于秤杆，即垂直于所受的推力，使得测量结果精准。

由于铝盘位于两个环形永磁体的中间位置，环形永磁体产生的磁感线与铝盘垂直，磁感线在中心位置密集，远离中心位置稀疏，铝盘的水平移动将会引起磁通量的变化，从而产生阻尼力，达到阻止铝盘水平摆动的目的。随着两个环形永磁体距离的增加，环形永磁体中心位置磁感线越来越稀疏，阻尼作用减弱，使磁阻尼可调。此举旨在验证扭摆测量过程中，摆动是否会对测量结果带入误差。根据分析得出，磁阻尼系统可以有效的防止连接在扭摆铝盘上的扭丝发生摆动，使其只能做扭转运动，使实验更为准确。磁阻尼器利用楞次定律的原理，磁阻尼器4所用的环形永磁体43为铷铁硼永磁体，为了满足磁阻尼大小可调，即较高的阻尼时环形永磁体43与铝盘41距离较近，较低的阻尼时环形永磁体43与铝盘41距离较远。将环形永磁体43固定在不导磁的盖板46中，盖板上下部分可以分开，盖板46通过螺纹连接固定在磁阻尼器4的金属材质的套筒42上。在套筒42上安装刻度盘，套筒42与盖板46之间以螺纹连接，套筒42固定在扭摆支架上，盖板46通过转动圈数与螺纹导程，便可以清楚地计算得到环形永磁体之间的移动距离，并计算出磁场的变化，使磁阻尼器阻力大小可以在限度内调节。

本实施例的一个优选方案为，所述一级扭丝2以及二级扭丝21均采用钨丝，所述一级扭丝2的外径大于二级扭丝21的外径。具体的，所述一级扭丝的长度为200mm，半径为1mm；二级扭丝的长度为400mm，半径为400μm。采用钨丝作为扭丝，较细的扭丝可以使扭摆具有很高的灵敏度与分辨率。一级扭丝与二级扭丝外面均套设硅胶管，增大与夹头之间的摩擦。一级扭丝为较粗的钨丝，下端连接磁阻尼器的铝盘，铝盘两侧分别有一块环形永磁体，磁阻尼器利用楞次定律产生的阻尼力，防止扭摆做单摆运动。二级扭丝为细钨丝，上端也固定在磁阻尼器铝盘上，在微推力作用下发生扭转，产生所需的扭转角，较细的扭丝可以使扭摆具有很高的灵敏度与分辨率。

如图1～图5所示，本实施例的所述支撑框架1的顶部中间位置螺纹连接有竖直布置的调节螺杆8，所述调节螺杆8的下端一级扭丝2的上端连接固定。通过空载时调节螺杆的手动旋转，从而调整扭丝的总长度。并可以在装入载荷后，小角度旋转调节螺杆，调节反光镜与激光位移传感器间的初始角度。

如图1～图3所示，本实施例的所述水平秤杆5的上方设有多个标定球51，作为扭摆转动惯量标定系统。

如图1～图5所示，本实施例的扭摆装置还包括载荷工装板9，所述载荷工装板9的上表面固定在所述水平秤杆5的下表面，所述载荷工装板9的上表面还设有两个配重丝杠滑台91，两个配重丝杠滑台91分别位于所述水平秤杆5的两侧且分别与所述水平秤杆5的平行布置，两个配重丝杠滑台91与水平秤杆5之间的间距相同。载荷工装板上设置配重丝杠滑台，担负调节扭摆系统平衡的重任。在放入载荷后，由于人为摆放不够准确，使扭摆系统容易发生偏斜，导致扭摆系统运行不稳定，测量不精准。因此，在载荷工装板两侧设置安装手动精密丝杠滑台，使扭摆系统保持平衡状态。

具体的，如图2和图3所示，本实施例的配重丝杠滑台91包括丝杠911、配重滑块912、滑轨913以及驱动机构914，所述滑轨913安装在载荷工装板9的上表面，所述驱动机构914的一端与丝杠911传动连接，所述丝杠911位于所述滑轨913的正上方，所述配重滑块912螺纹连接在丝杠911上且滑动连接在所述滑轨913上，通过驱动机构914驱动丝杠911旋转，进而驱动配重滑块912沿滑轨913滑动，进行平衡调节。所述驱动机构914可选用驱动电机。

如图2和图3所示，所述支撑框架1的内侧还固定连接有水平布置的传感器支撑架11，传感器支撑架11为两个且相对间隔布置在所述载荷工装板9的上方两侧，两个所述传感器支撑架11上各设有一个激光位移传感器7。

如图5所示，本实施例的所述载荷工装板9上开设有装配孔或所述载荷工装板9的下表面上设有Z字型或L型的载荷装配件92。可以将载荷10直接通过连接件装配在装配孔内，也可以装配在载荷装配件上。

载荷工装板位于水平秤杆下方，载荷工装板用来悬挂高微柜外体(载荷)。载荷工装板上方安装有配重丝杠滑台与水平仪，实现在装入待测物后，对整个装置的调平。

本实施例的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置的工作过程为，分为三部分：检测、校正、计算。首先利用精密的激光位移传感器，分别对扭摆装置上的水平秤杆两端反光镜在微推力作用下产生的位移l与倾斜角

进行测量，如图11所示，计算得出x1的值。同理，计算得出x2的值。因为扭摆扭转过程中，扭摆中心有可能发生一定的偏移，偏移量为Δy＝|x1-x2|。可以通过计算偏移量，确定扭摆的工作状态(是否处于纯扭转运动，是否具有其它干扰等)。所以，需要测量扭摆摆臂两端的位移进行计算。

扭转角θ可以表示为：

得到θ角，结合实际扭转刚度，从而计算得出微推力力矩的大小，然后利用力矩公式，计算得出微推力的值。并通过误差分析与补偿，最终得出所测的微推力精确值。双激光测量模式通过水平秤杆臂，将扭转角测量转化为位移测量，大力臂可以对力的作用效果进行有效放大，便于测量仪器检测，从而使更小的微推力作用效果得以测量，获得更高的测量精度与准确度。此外还可以通过测量△y，对微力实际作用方向进行判定。而单激光测量模式通过自准直仪，利用相似的原理，通过测量两束光线的反射光焦点M与初始点O的位移，解算出反光镜的姿态。当采用单激光模式时，测量过程中的扰动会直接耦合在输出的数据中，无法通过两路激光束进行对比验证、判断微力的作用方向等。

测量选用两个IL030激光位移传感器，分别测量两个反光镜的水平偏转位移，激光位移传感器固定在传感器支撑架11上。该仪器基于光的多普勒干涉原理，将激光发射到安装于水平秤杆上的反光镜表面，并接收由反光镜反射回来的光线。两束光发生干涉，得到多普勒频移信号，经内置解码器运算处理，得到所测的位移值。

本实施例的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置的测量原理可以采用现有原理实现。本实施例提供了一种具体原理实现方式，利用悬丝将待测物体悬吊在空中，待测物体上的微推进器产生推力，使物体在微推力的作用下发生一定的扭转，由动量矩定理可知，扭摆在微推力作用下的运动方程为：

其中T＝Fb表示施加于扭摆系统的推力力矩的大小，F表示推力的大小，b表示推力力臂。J是摆的转动惯量，β是耗散项(阻尼力)，Γ是悬丝的扭转刚度常数，恢复力矩-Γθ(t)，T(t)是所有可能存在的扭转力矩，扭摆在不施加力矩时，T(t)＝T_th,n(t)，T_th,n(t)为悬丝热噪声力矩。

利用磁阻尼器阻碍铝盘磁通量变化的阻尼力，来防止扭摆的单摆运动，使其只能做旋转运动。

使用激光测量仪器对待测物体在推力作用下产生的扭转角进行测量，根据高阶微分方程求解公式，计算得出扭摆系统的扭转角符合以下关系式：

其中，θ_τ为扭转振荡的最大振幅，ζ＝β/2J为扭秤运动的阻尼系数，

为扭秤的自由振荡频率，其中

为扭秤在无阻尼情况下的自由振荡频率。阻尼系数ζ可忽略不计，计算得w＝w₀，则推力力矩的大小可表示为：

T＝Γ·Δθ

从而得到推力力矩的大小，再对微推力力臂b进行测量，根据力矩公式：

T＝F·b

初步计算得出微推力的大小。然后分析结果误差来源，得到更加精准的推力值数据，从而完成对微力推进器推力值的测量。

本实施例的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置能够实现对空间站天和核心舱高微柜外体喷气推进系统的微力测试，能够实现承重高达50kg，可测微推力范围1μN～1mN，分辨力为1μN；采用双路激光检测的测量方案，通过将两路激光位移传感器测试数据进行解耦与换算，对扭摆工作过程中的偶然误差具有一定的校正作用，并且降低了单路激光测量仪器的性能要求，所需的成本减少。本实施例采用二级悬丝连接水平秤杆，水平秤杆上可以设置多个载荷固定点，一方面实现了一器多用，可以对众多类型载荷进行微力测量，另一方面达到了更高的测量精度，降低地脉动对测量结果的影响，可以有效减低环境噪声的影响。本实施例在两级扭丝连接位置设置磁阻尼器，降低扭丝受力不垂直时的摆动影响。本实施例的推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，可以对静电梳、音圈电机等产生的标准力进行对照验证；还可以满足其它微力测量任务的需求，如：空间惯性传感器静电力标定测试、空间惯性传感器撞针锁紧释放力测试、空间惯性传感器地面加速度精度测试以及微小卫星推进力的测试等；还可以整体移动至真空罐中，所测载荷的体积在一定程度上仅受限于真空罐体的大小，可以有效进行载荷的整机测试。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，包括支撑框架、一级扭丝、二级扭丝、磁阻尼器、水平秤杆、反光镜以及激光位移传感器，所述一级扭丝上端与支撑框架顶部中间位置连接，所述一级纽丝下端连接铝盘，所述铝盘下端连接与一级扭丝同轴布置的二级扭丝，所述二级扭丝的下端与水平秤杆的中心连接，所述支撑框架的顶部中间位置的下方还设有磁阻尼器，所述磁阻尼器套设在所述铝盘外侧；所述水平秤杆的两端上方分别设有一个反光镜，所述支撑框架上与两个反光镜对应的位置各设有一个激光位移传感器，所述反光镜正对所述激光位置传感器布置。

2.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述一级扭丝的下端连接有两个夹头，两个夹头的非夹持端连接固定，两个夹头的夹持端分别朝上和朝下布置并分别与一级扭丝的下端以及二级扭丝的上端夹紧固定；两个所述夹头的非夹持端的外周侧壁上套设固定有铝盘。

3.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述支撑框架的顶部中间位置连接有夹头，所述夹头的夹持端朝下布置且与一级扭丝的上端夹紧固定；所述水平秤杆的中心位置固定有夹头，该夹头的夹持端朝上布置且与二级扭丝的下端夹紧固定。

4.根据权利要求2或3所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述夹头包括第一螺纹套筒、夹紧头以及第二螺纹套筒，所述第一螺纹套筒的外侧壁上设有外螺纹，所述第二螺纹套筒的内侧壁上设有内螺纹，所述第二螺纹套筒的一端设有圆锥形锁紧结构，所述圆锥形锁紧结构的中心位置开设有夹持孔，所述夹紧头的一端具有多个圆周排布且间隔布置的夹紧块，多个夹紧块形成具有缓冲间隙的圆锥形夹紧头结构，所述圆锥形夹紧头结构适配套设在所述第二螺纹套筒一端的圆锥形锁紧结构内，所述夹紧头的另一端套设并限位在所述第一螺纹套筒内，所述第二螺纹套筒另一端套设并螺纹连接在所述第一螺纹套筒的外侧壁上，通过拧动第二螺纹套筒使圆锥形锁紧结构锁紧多个夹紧块实现夹紧固定。

5.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述磁阻尼器包括套筒、环形永磁体以及固定杆，所述套筒竖直套设在所述铝盘外侧，所述套筒的外侧壁上设有环形法兰边，所述环形法兰边通过固定杆固定在所述支撑框架的顶部中间位置，所述套筒的内侧壁上端位置和下端位置各设有一个环形永磁体，位于套筒内侧壁上端位置的环形永磁体套设在所述一级扭丝外侧并位于铝盘的上方，位于套筒内侧壁下端位置的环形永磁体套设在所述二级扭丝外侧并位于铝盘的下方。

6.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述一级扭丝以及二级扭丝均采用钨丝，所述一级扭丝的外径大于二级扭丝的外径。

7.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述支撑框架的顶部中间位置螺纹连接有竖直布置的调节螺杆，所述调节螺杆的下端一级扭丝的上端连接固定。

8.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述水平秤杆的上方设有多个标定球。

9.根据权利要求1所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，还包括载荷工装板，所述载荷工装板的上表面固定在所述水平秤杆的下表面，所述载荷工装板的上表面还设有两个配重丝杠滑台，两个配重丝杠滑台分别位于所述水平秤杆的两侧且分别与所述水平秤杆的平行布置，两个配重丝杠滑台与水平秤杆之间的间距相同。

10.根据权利要求9所述一种推进器脉冲力与持续力测量的扭摆装置，其特征在于，所述载荷工装板上开设有装配孔或所述载荷工装板的下表面上设有Z字型或L型的载荷装配件。

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