[发明专利]一种悬臂式微小推力测量系统及其电磁标准力标定方法

说明书

本发明涉及悬臂式微小推力测量系统及其电磁标准力标定方法，以解决现有测量系统对外界干扰敏感，很难准确测量微小推力，现有标定方法线性差、误差大的技术问题。该系统包括真空室、固定支架和由测量靶、电磁阻尼器及位移传感器构成的测量单元；电磁阻尼器包括缠绕电磁线圈的金属骨架和设置有两对永磁铁的阻尼器支架，且电磁线圈有间隙的设置于两对永磁铁之间。该方法包括：将电磁阻尼器设置在天平上，通入不同强度的电流，测量产生的电磁标准力，得电流强度与电磁标准力的关系；将电磁阻尼器设置在测量靶上，通入不同强度电流，测得测量靶位移值，得电流强度与测量靶位移值的关系；换算得电磁标准力与测量靶位移值的对应关系。

技术领域

本发明涉及微小推力测量装置，具体涉及一种悬臂式微小推力测量系统及其电磁标准力标定方法。

背景技术

随着航天和微电子技术的发展，以重量轻、体积小、成本低、研制周期短为突出特点的微小卫星受到瞩目，尤其是商业、科学和军事等近地轨道卫星向微小卫星的发展已成为重要趋势之一。当然，微小卫星对其推进系统也提出了较为苛刻的要求，要求推进系统具有高精度的姿态调整和控制功能，而这些推进系统所提供的推力一般在mN到N量级。

在推进系统研制阶段，通过试验方法精确测量推进系统的微推力可以真实、直观地反映推进系统的基本性能，从而为推进系统优化改进提供可靠的评判依据，但由于推进系统推力很小，测量系统对外界干扰极其敏感，导致采用常规方法很难准确获得推力。因此，微推力的精确测量已成为微推进系统研制和产品交付阶段必须也是急需突破的关键技术。

现有微小推力测试的标定一般采用砝码重力标定技术，该技术标定过程中摩擦力较大，产生的误差大，图5所示即为现有砝码重力标定技术标定结果的一个示意图，从图5可以看出，其对应的标定结果线性较差。

发明内容

本发明目的在于解决现有测量系统对外界干扰极其敏感，导致采用常规方法很难准确测量微小推力，同时现有推力测试标定方法的标定结果线性差、误差大的技术问题，提出一种悬臂式微小推力测量系统及其电磁标准力标定方法。

本发明提供的技术方案为：

一种悬臂式微小推力测量系统，其特殊之处在于：包括真空室、设置在真空室内的固定支架和测量单元；

所述固定支架上固定设置有垂直于水平方向的弹性梁；

所述测量单元包括测量靶、与测量靶相连接的电磁阻尼器及位移传感器；

所述测量靶连接在所述弹性梁的下端；

所述电磁阻尼器包括阻尼器支架、第一对永磁铁、第二对永磁铁、电磁线圈及金属骨架；

所述电磁线圈缠绕在金属骨架上；

所述阻尼器支架一侧固定设置在测量靶的背侧中部，阻尼器支架另一侧垂直于测量靶的方向具有第一凹槽和第二凹槽，所述第一对永磁铁对称设置在第一凹槽的两个侧面，第二对永磁铁对称设置在第二凹槽的两个侧面；

所述金属骨架插入第一凹槽和第二凹槽，用于使电磁线圈位于第一对永磁铁之间，同时位于第二对永磁铁之间，且所述电磁线圈与第一对永磁铁和第二对永磁铁之间具有间隙，即不与第一对永磁铁和第二对永磁铁接触；

所述位移传感器通过支架设置于测量靶的背面，用于测量测量靶的位移值。

进一步地，所述阻尼器支架为方形碳钢阻尼器支架，所述金属骨架为与方形碳钢阻尼器支架相适配的U型金属骨架。

进一步地，所述固定支架包括水平设置的底板、固定在底板上且垂直于底板的竖梁及固定在竖梁的横梁，所述弹性梁固定安装在横梁上并沿垂直于水平面的方向自由下垂。

进一步地，所述弹性梁为弹性元件，由无磁性材料制成，弹性梁的弹性与弹性梁的长度、厚度和宽度的关系公式为：