CN117213714B - 扭摆式微推力测量在线标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭摆式微推力测量在线标定方法，包括以下步骤：首先采用双激光差分方法对平衡杆的位置进行监测，通过差分得到平衡杆角度和位置偏移量；其次采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移，回到初始位置；最后静止指定时长后再对平衡杆进行微调；本发明能够保证测试精度。

Description

扭摆式微推力测量在线标定方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，尤其是涉及一种扭摆式微推力测量在线标定方法。

背景技术

平衡杆式微推力测量过程中，需要在大气下进行调平，使得平衡杆垂直于扭丝，同时平衡杆水平位于设定的初始位置，这样既可以保证电磁标准力装置中电磁体与导线之间的相对位置，同时激光位移传感器获得理想间距。然而实验中发现，抽真空过程引发气流扰动、真空泵引发地面振动等干扰，使得真空状态下平衡杆偏离初始位置，给测量带来误差。此外，扭丝的应力释放是一个长期缓慢过程，调平时候很难判断扭丝是否完全在自由状态，通常经过数小时后，扭丝带动平衡杆发生偏转。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种扭摆式微推力测量在线标定方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种扭摆式微推力测量在线标定方法，包括以下步骤：首先采用双激光差分方法对平衡杆的位置进行监测，通过差分得到平衡杆角度和位置偏移量；其次采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移，回到初始位置；最后静止指定时长后再对平衡杆进行微调。

进一步的，采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移的步骤通过一个电磁力装置进行。

进一步的，电磁力装置包括永磁铁和电磁线圈，永磁铁固定在平衡杆上，电磁线圈固定在水平底板上。

进一步的，与平衡杆相连的扭丝被固定于一旋转装置上。

进一步的，旋转装置包括电机和连接盘，电机能够驱动连接盘转动。

本发明的有益之处在于：通过控制电磁线圈电流实现电磁力大小的控制，从而准确控制平衡杆的位置；通过旋转装置待定扭丝固定端旋转，使得扭丝不发生改变情况下，实现平衡杆位置微调，回到设定位置，同时，确保扭丝回复到自由状态。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1为本发明一种实施例中的扭摆式微推力测量在线标定装置的示意图。

图2为图1所示实施例中的扭摆式微推力测量在线标定装置的定位板的剖视图。

图3为图2中的A处放大图。

图4为图1所示实施例中的扭摆式微推力测量在线标定装置的定位杆的剖视图。

图5为图4中的B处放大图。

图6为图1所示实施例中的扭摆式微推力测量在线标定装置的第一连接块的剖视图。

图7为图6中的C处放大图。

图8为图7中的D处放大图。

图9为图1所示实施例中的扭摆式微推力测量在线标定装置的第二活动块的剖视图。

图10为图9中的E处放大图。

图中附图标记的含义如下：

101、真空容器；102、扭摆；103、扭丝；104、绝缘夹具；105、连接器；1051、连接盘；106、电推进器；107、配重块；108、永磁铁；109、U型导体；110、输气管；111、安装框；112、安装板；1121、第三连接块；1122、挡板；1123、支撑板；113、弹性件；114、定位板；1141、第一连接块；1142、第三连接杆；115、摩擦块；1151、第四推杆；116、气缸；117、第一活动块；1171、第二滑块；1172、第三复位弹簧；118、第二活动块；1181、第一推板；1182、第三滑块；1183、第四复位弹簧；119、定位杆；120、第一连接杆；121、第二连接杆；122、活动杆；123、第一连接弹簧；124、第一推块；1241、第一推杆；1242、第一滑块；1243、第一复位弹簧；125、第三推杆；1251、第三推板；1252、支撑弹簧；126、第一限位块；1261、第二连接弹簧；127、第二推杆；128、传动杆；129、第二推块；130、第二复位弹簧；131、第二连接块；1311、凸块；132、第二限位块；1321、第三连接弹簧；133、第三推板；1331、第四连接杆；1332、第五复位弹簧；1333、第三推块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现， 而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图1-10所示，一种扭摆式微推力测量在线标定方法，包括以下步骤：

1）首先采用双激光差分方法对平衡杆的位置进行监测，通过差分得到平衡杆角度和位置偏移量；

2）其次采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移，回到初始位置。其中电磁力装置中的永磁体固定在平衡杆一侧，电磁线圈固定在水平底板上，通过控制电磁线圈电流实现电磁力大小的控制，从而准确控制平衡杆的位置；

3）最后，静止一段时间后，进一步对平衡杆进行微调。将扭丝上端固定端设计成一个可以旋动装置，并配有步进电机，旋转精度优于1毫弧度，通过旋转装置待定扭丝固定端旋转，使得扭丝不发生改变情况下，实现平衡杆位置微调，回到设定位置，同时，确保扭丝回复到自由状态。

本方法采用一个平衡杆式微推力测量在线标定装置完成，该平衡杆式微推力测量在线标定装置包括：真空容器101、平衡杆102、扭丝103、位移传感器、定位板114、定位杆119、电磁力装置。

真空容器101被构造成具有一个密封空间的腔体；平衡杆102接受微推力后进行扭转；扭丝103用于连接平衡杆102；位移传感器用于监测平衡杆102位移量；定位板114设于真空容器101内；定位杆119设于定位板114上；定位板114转动连接于真空容器101内使得真空容器101具有抽真空状态和真空状态；真空容器101处于抽真空状态时，定位板114翻转至水平状态上，定位杆119与平衡杆102相接触；真空容器101处于真空状态时，定位板114翻转至倾斜状态处于平衡杆102下方。

具体的，真空容器101为箱体结构，真空容器101顶部和底部分别设有旋转装置，扭丝103一端固定在旋转装置上，平衡杆102的顶部和底部分别设有扭丝103，扭丝103上设有绝缘夹具104用于夹持平衡杆102，平衡杆102上设有配重块107，配重块107设于平衡杆102两端，配重块107用来调节平衡杆102的扭转中心和水平平衡；电磁力装置包括永磁铁和电磁线圈，永磁铁108固定在平衡杆上，电磁线圈固定在真空容器的水平底板上；平衡杆102上还设有电推进器106，电推进器106和永磁铁108分别设于平衡杆102两端，电推进器106和永磁铁108分别设于平衡杆102的两端，永磁体上设有U型导体109，永磁铁108和U型导体109在通电之后产生标准弱力，使平衡杆102发生扭转，产生利于角位移测量所产生的扭转角；扭丝103可作为推进器供电线路的选择，形成供电回路。

更为具体的，选装装置包括连接器105、连接盘1051和电机；连接盘1051转动连接连接器105上，扭丝103固连于连接盘1051上，电机设于连接器105上用于驱动连接盘1051转动，通过旋转装置待定扭丝103固定端旋转，使得扭丝103不发生改变情况下，实现平衡杆位置微调，回到设定位置，同时，确保扭丝103回复到自由状态。

真空容器101为透明材质制成，位移传感器设于真空容器101外侧，使得位移传感器能够直接透过真空容器101对平衡杆102进行测距。

在对真空容器101内做抽真空处理时，定位板114翻转至水平状态使得定位杆119与平衡杆102相接触，定位杆119对平衡杆102起到固定作用，避免平衡杆102在真空容器101抽真空时发生偏转，减少对平衡杆102的干扰，提升测量准确度；真空容器101内的真空环境形成后，定位板114翻转至倾斜状态上与平衡杆102脱离，使得定位板114处于平衡杆102下方，避免平衡杆102的转动受到定位板114影响。

真空容器101内设有安装框111，安装框111固连于真空容器101内壁上，安装框111内设有安装板112和多个弹性件113，弹性件113分别设于安装框111不同的内壁上，弹性件113为被弯至弧形的薄金属片，弹性件113一侧固连于安装框111内壁上，另一侧固连于安装板112上，使得安装板112通过弹性件113连接于安装框111内；安装板112上设有空腔，空腔侧壁为弹性材料制成，空腔内填充有空气，空腔侧壁与真空容器101内壁接触。

安装板112上设有第三连接块1121，定位板114转动连接于第三连接块1121上，第三连接块1121下方设有支撑板1123，支撑板1123上设有气缸116；定位板114上设有第一连接块1141，第一连接块1141上设有第一活动槽，定位杆119设于第一活动槽内，定位杆119一端为圆弧形结构，减小定位杆119与平衡杆102的接触面积，从而减小定位杆119对平衡杆102的影响；第一活动槽底部设有第二活动槽，第二活动槽内设有第二连接杆121，第二连接杆121穿设于第一活动槽内，第二连接杆121和定位杆119通过一个第一连接杆120相连，第一连接杆120一端铰接于定位杆119上，另一端铰接于第二连接杆121上。

具体的，第二活动槽底部设有第五活动槽，第五活动槽内设有活动杆122，活动杆122上设有第三活动槽，第二连接杆121穿设于第三活动槽内；第五活动槽下方设有第一活动腔，第一活动腔内设有第一推块124，第一活动腔侧壁上设有第一通腔，第一推块124上设有第一推杆1241，第一推杆1241穿设于第一通腔内；第一通腔一端设有第一凹槽，安装板112上设有第二连接块131，第二连接块131上设有凸块1311，第二连接块131穿设于第一凹槽内，第一推杆1241一端也处于第一凹槽内；第一通腔顶部设有第一滑槽，第一推杆1241上设有与第一滑槽相对应的第一滑块1242，第一滑块1242上设有第一复位弹簧1243。

第一推块124上设有斜面，第二连接杆121底部设有第一连接弹簧123，第一连接弹簧123底端固连于第三活动槽底部，第二连接杆121侧壁上设有第六活动槽，第六活动槽内设有第一限位块126，第一限位块126通过一个第二连接弹簧1261连接于第六活动槽内，第三活动槽内壁上设有与第一限位块126相对应的第一限位槽，第二连接杆121上设有第二通腔，第二通腔内设有第三推杆125，第三推杆125顶部设有第二推板，第二推板底部设有支撑弹簧1252，第三推杆125上还设有第一连接绳，第一连接绳一端固连于第一限位块126上。

第一活动槽顶部设有第四活动槽，第四活动槽内设有第二推杆127，第一连接块1141上设有第三连接杆1142，第三连接杆1142上设有与第四活动槽相通的第二活动腔，第二活动腔内设有传动杆128，传动杆128中部转动连接于第二活动腔内，传动杆128一端铰接于第二推杆127上，第二活动腔底部穿设有第二推块129，第二推块129顶部设有限位板，使得第二推块129无法从第二活动腔内掉出，第二活动腔顶部设有第二复位弹簧130，第二复位弹簧130底端抵在传动杆128一端。

定位板114上设有第二凹槽，第二凹槽内设有摩擦块115；定位板114上还设有第一通槽，第一通槽内设有第一活动块117，第一活动块117侧壁上设有第二滑块1171，第一通槽内壁上设有与第二滑块1171相对应的第二滑槽，第二滑块1171上设有第三复位弹簧1172，摩擦块115上设有第四推杆1151，第四推杆1151一端穿设于第二滑槽内；第一活动块117上设有第二通槽，第二通槽内设有第二活动块118，第二活动块118顶部设有第一推板1181，第二活动块118侧壁上设有第三滑块1182，第二通槽内壁上设有与第三滑块1182相对应的第三滑槽，第三滑块1182上设有第四复位弹簧1183；气缸116的活塞杆铰接于第二活动块118底部；安装板112上设有水平设置的挡板1122，对定位板114翻转的最大角度做限定。

在对真空容器101做抽真空处理时，气缸116推动处于倾斜状态的定位板114翻转至水平状态，定位板114抵在挡板1122上后处于平衡杆102底部，第一活动块117处于第一通槽内，第二活动块118处于第二通槽内，摩擦块115处于第二凹槽底部不与平衡杆102接触，凸块1311插入到第一凹槽内推动第一推杆1241移动，第一推杆1241带动第一推块124移动，第一推杆1241推动活动块移动，第二连接杆121随活动杆122一同移动，第二连接杆121带动第一连接杆120移动，第一连接杆120将定位杆119从第一活动槽内推出，定位杆119伸出抵在平衡杆102侧壁上，利用定位杆119对平衡杆102起到扶持定位作用，避免平衡杆102在抽真空时产生偏转；抽真空操作完成后，气缸116继续驱动活塞杆伸出，活塞杆推动第二活动块118移动，第二活动块118带动第一活动块117一同移动，第二滑块1171推动第四推杆1151移动，摩擦块115随第四推杆1151一同升起，摩擦块115顶面与平衡杆102底面相接触，第四推杆1151移动至第二滑槽顶部后，第二活动块118相对于第一活动块117移动，第一推板1181移动至第二推块129底部推动第二推块129移动，第二推块129推动传动杆128一端移动，传动杆128转动时带动第二推杆127往下移动，第二推杆127往第四活动槽外移动抵在第二推板上，第二推杆127推动第二推板移动，第一连接绳拉动第一限位块126从第一限位槽内脱出，第二推杆127继续移动，第二推杆127推动第二连接杆121往第三活动槽内移动，第二连接杆121带动第一连接杆120移动，定位杆119移动至第一活动槽内与平衡杆102脱开接触，摩擦块115为平衡杆102提供固定力，避免平衡杆102在失去定位后偏转；气缸116驱动活塞杆收缩，第一活动块117和第二活动块118复位后定位板114往下翻转至倾斜状态与平衡杆102脱开接触，使测试操作正常进行。

第二活动槽内壁上设有第七活动槽，第七活动槽内设有第二限位块132，第二限位块132一端为圆弧形结构，第二限位块132通过一个第三连接弹簧1321连接于第七活动槽内，第二连接杆121上设有与第二限位块132相对应的第二限位槽，第七活动槽底部设有第三活动腔，第三活动腔延伸至第一活动腔一侧，第三活动腔侧壁上设有第八活动槽，第三活动腔内设有第三推板1331251，第三推板1331251穿设于第七活动槽内，第二限位块132底部设有与第三推板1331251相对应的第三凹槽，第三推板1331251上设有第四连接杆1331，第四连接杆1331上设有第三推块1333，第三推块1333从第八活动槽内伸出，第四连接杆1331上设有第五复位弹簧1332。

第二推杆127推动第二连接杆121往下移动时，第二限位槽移动至第二限位块132一侧，第二限位块132插入到第二限位槽内，第一活动块117和第二活动块118复位后，第二连接杆121仍被固定在第二活动槽内，气缸116驱动活塞杆往回移动，定位板114翻转至倾斜状态，凸块1311从第一凹槽内脱出，第一复位弹簧1243推动第一推杆1241往回移动，第一推块124往第一活动腔一端移动时推动第三推块1333移动，第一推块124在从活动杆122底部移后，第一连接弹簧123推动活动杆122往下移动，第一推块124推动第三推块1333移动时带动第二限位块132移动，第二限位块132从第二限位槽内移出；第一推块124移动至活动杆122底部推动活动杆122移动时，第一限位块126嵌于第一限位槽内，第二限位块132嵌于第二限位槽内，由于第二限位块132一端为圆弧形结构，在第一推块124的推送下使得第二限位块132在第二连接杆121移动时从第二限位槽内脱出，使得定位杆119正常伸出。

真空容器101底部设有输气管110，输气管110为C型结构，输气管110上设有多个进气口，真空容器101侧壁上设有与输气管110相通的抽气管，通过多个进气口的设置使得气流在真空容器101内更均匀的流动，减小气流对平衡杆102的影响；气泵可设置缓震结构从而减小对装置的影响，进一步的保证测量的准确性。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种扭摆式微推力测量在线标定方法，其特征在于：包括以下步骤：首先采用双激光差分方法对平衡杆的位置进行监测，通过差分得到平衡杆角度和位置偏移量；其次采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移，回到初始位置；最后静止指定时长后再对平衡杆进行微调；

本方法采用一个平衡杆式微推力测量在线标定装置完成，该平衡杆式微推力测量在线标定装置包括：真空容器、平衡杆、扭丝、位移传感器、定位板、定位杆、电磁力装置；

真空容器被构造成具有一个密封空间的腔体；平衡杆接受微推力后进行扭转；扭丝用于连接平衡杆；位移传感器用于监测平衡杆位移量；定位板设于真空容器内；定位杆设于定位板上；定位板转动连接于真空容器内使得真空容器具有抽真空状态和真空状态；真空容器处于抽真空状态时，定位板翻转至水平状态上，定位杆与平衡杆相接触；真空容器处于真空状态时，定位板翻转至倾斜状态处于平衡杆下方；

具体的，真空容器为箱体结构，真空容器顶部和底部分别设有旋转装置，扭丝一端固定在旋转装置上，平衡杆的顶部和底部分别设有扭丝，扭丝上设有绝缘夹具用于夹持平衡杆，平衡杆上设有配重块，配重块设于平衡杆两端，配重块用来调节平衡杆的扭转中心和水平平衡；电磁力装置包括永磁铁和电磁线圈，永磁铁固定在平衡杆上，电磁线圈固定在真空容器的水平底板上；平衡杆上还设有电推进器，电推进器和永磁铁分别设于平衡杆两端，电推进器和永磁铁分别设于平衡杆的两端，永磁体上设有U型导体，永磁铁和U型导体在通电之后产生标准弱力，使平衡杆发生扭转，产生利于角位移测量所产生的扭转角；扭丝作为推进器供电线路的选择，形成供电回路。

2.根据权利要求1所述的扭摆式微推力测量在线标定方法，其特征在于：所述采用电磁力驱动使得平衡杆发生偏移的步骤通过一个电磁力装置进行。

3.根据权利要求2所述的扭摆式微推力测量在线标定方法，其特征在于：所述电磁力装置包括永磁铁和电磁线圈，所述永磁铁固定在平衡杆上，电磁线圈固定在水平底板上。

4.根据权利要求1所述的扭摆式微推力测量在线标定方法，其特征在于：与所述平衡杆相连的扭丝被固定于一旋转装置上。

5.根据权利要求4所述的扭摆式微推力测量在线标定方法，其特征在于：所述旋转装置包括电机和连接盘，所述电机能够驱动所述连接盘转动。