[发明专利]一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置和方法有效

专利信息
申请号: 202080002014.0 申请日: 2020-05-12
公开(公告)号: CN112005090B 公开(公告)日: 2022-03-15
发明(设计)人: 王彬;朱洪斌;张永合;王琳琳;毛青筠;蒋峻;支帅;王鹏程;王新宇 申请(专利权)人: 中国科学院微小卫星创新研究院;上海微小卫星工程中心
主分类号: G01M7/08 分类号: G01M7/08;G01L25/00
代理公司: 上海智晟知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31313 代理人: 张瑞莹
地址: 201203 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 光压 原理 推力 冲量 施加 装置 方法
【说明书】:

发明提供一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置及方法,通过激光反射的光压作用,对目标产生微推力。该装置包括激光器、激光调节装置、分光镜、快门、反射镜以及激光功率计。通过激光器产生激光光束,通过激光调节装置对激光特性进行调节,再经由分光镜分为两路,其中一路到达一台激光功率计位置,测得的功率用于确定用于微推力施加激光功率大小,另一路经由快门照射在安装在目标上的反光镜处,进而对目标产生微推力,反射镜反射的光到达另一台激光功率计,通过使用两台激光功率计实时测量两路激光的功率,结合反射率及激光照射反射镜的入射角等参数,可以计算得到作用于目标上的微推力,然后根据计算得到的微推力实时调整激光器的出光功率以满足需求。记录对目标施加的推力及微冲量数据,并记录目标在其作用下的响应情况,可以用于对高精度微推力微冲量测量装置的标定。

技术领域

本发明涉及精密力学及航天推进技术领域,特别涉及一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置和方法。

背景技术

随着科技及工业领域向高精尖方向发展,在航天推进、精密仪器设备制造、生物医学等领域,对微推力及微冲量的精确施加及控制的需求不断增大,应用越来越广泛。

常见的微推力施加方法主要包括接触式推力施加法及非接触式推力施加法两类。其中,接触式推力施加法是指利用轻小物体接触目标,通过在接触位置安装的压电传感器确定所施加的推力大小;或使用经精确称量的小球接触目标,然后通过计算小球重力在力施加方向的分量大小,以确定所施加的微推力的大小。使用这类方法时,推力施加的精度受限于压电传感器的推力探测范围及灵敏度或对物体质量称量的精度,通常难以精确施加1μN以下的微推力。而非接触式推力施加法则包括使用静电力的电容法和电梳法,通过对电极电压及电极距离的精确控制,实现对目标加载低至nN级的微小推力,这类方法需要在目标物体上安装电容板或电梳装置等,其设置及推力施加的操作过程及都较复杂。此外,非接触式推力施加法还包括利用磁力的方法,这类方法存在磁力难以精确控制及计算,且需精确控制磁铁间相对距离等问题。

因此,需要一种新的微推力施加方法,在降低设置及操作难度的同时,提高微推力施加的控制范围及控制精度。

发明内容

针对现有技术中的全部或部分问题,本发明提供一种基于光压原理的微推力微冲量施加装置及方法,通过激光照射物体时光子碰撞产生的光压作用,对目标产生微推力,所述基于光压原理的微推力微冲量施加装置包括:

激光器,用于产生激光光束;

分光镜,布置于所述激光器的光路上,与所述激光器产生的激光光束存在一个夹角,用于将所述激光光束分为两束;

快门,布置于经所述分光镜反射的激光光束的光路上,用于控制射向所述目标的激光光束的通断时间;

反射镜,布置于所述目标的表面,与所述经分光镜反射的激光光束存在夹角;以及

激光功率计,包括第一激光功率计及第二激光功率计,其中,所述第一激光功率计布置于经所述分光镜透射的激光光束的光路上,用于实时测量所述激光器出光功率;以及所述第二激光功率计布置于经所述反射镜反射的激光光束的光路上,用于测量经所述反射镜反射的激光功率。

进一步地,所述装置还包括光束调节装置,布置于所述激光器与所述分光镜之间,用于将所述激光器发出的激光光束调节为平行光,也可根据需要调节包括激光偏振态、相位等光束时空分布特性。

进一步地,所述激光器的输出功率可调。

进一步地,所述目标可放置于真空环境中,也可放置在气体扰动较小的气体环境中,在以上环境中光压产生的推力效果较显著。

进一步地,入射激光在所述反射镜处发生镜面反射,对反射镜的反射率无具体要求。

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