專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于測(cè)量推力的機(jī)械結(jié)構(gòu)體，更特別在說(shuō)，是指一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
微、電推進(jìn)等空間用微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在航空航天等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中微小推力測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，只有獲得實(shí)測(cè)的推力，才能獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能參數(shù)(發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際比沖)，并開(kāi)展進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和研制工作。
由于微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的推力非常小(mN級(jí)或μN(yùn)級(jí))，推進(jìn)劑管路、電路的連接又對(duì)推力的測(cè)量產(chǎn)生很大的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，而整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)必須在真空下工作，因而給推力的直接測(cè)量帶來(lái)很大困難。一般在本領(lǐng)域中對(duì)小于等于1N稱(chēng)為微小推力。
針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)微小推力的測(cè)量，根據(jù)推力性質(zhì)的不同，其結(jié)構(gòu)包括目標(biāo)靶、彈性元件、天平、懸擺和光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)等，但測(cè)量架均含有非彈性部分，測(cè)量精度只能通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法得到，或測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，該推力測(cè)量系統(tǒng)中的機(jī)械本體設(shè)計(jì)，消除了各轉(zhuǎn)動(dòng)件之間的摩擦，提高了推力測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；采用比例微分積分電路對(duì)加力電磁線圈進(jìn)行控制，將微小推力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；本發(fā)明通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制電路的組合實(shí)現(xiàn)微小推力的準(zhǔn)確測(cè)量。
本發(fā)明是一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，包括推進(jìn)劑貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械本體、傳感器組件和控制驅(qū)動(dòng)電路；工作梁的一端外側(cè)面安裝有傳感器組件，另一端安裝有配重塊；控制驅(qū)動(dòng)電路安裝在前支撐梁和后支撐梁的橫溝內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在連接件上；推進(jìn)劑管路一端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上，另一端與推力劑貯箱連接；所述機(jī)械本體，由支撐架組件、主軸組件、工作梁、推進(jìn)組件和配重塊組成；傳感器組件受控制驅(qū)動(dòng)電路的控制、驅(qū)動(dòng)處理，輸出測(cè)量相關(guān)推力的測(cè)量信息。
本發(fā)明適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用叉簧支撐A306、叉簧支撐B307連接主軸303與上法蘭盤(pán)304、下法蘭盤(pán)305，消除了主軸303與上法蘭盤(pán)304、下法蘭盤(pán)305之間的摩擦，并保證工作梁4的轉(zhuǎn)角與推力之間成正比關(guān)系；(2)采用上連接板301、下連接板302、上法蘭盤(pán)304、下法蘭盤(pán)305與長(zhǎng)方體框架101固定，實(shí)現(xiàn)了叉簧支撐A306與叉簧支撐B307同軸；(3)采用叉簧支撐A306、叉簧支撐B307消除了發(fā)動(dòng)機(jī)502和配重塊6的重力對(duì)推力測(cè)量的影響；(4)推進(jìn)機(jī)管路503采用直徑2mm的不銹鋼管，減小了工作梁4在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的彈性系數(shù)，提高了測(cè)量精度；(5)左噴嘴卡子505安裝在叉簧支撐的軸線上，并且推進(jìn)機(jī)管路503與工作梁4平行安裝，保證了工作梁4在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有附加的阻力；(6)采用連接板(連接板能夠完成支撐作用)、鎖緊螺母、調(diào)節(jié)螺桿結(jié)構(gòu)，保證了加力線圈與磁環(huán)之間的距離，并保證二者同軸；(7)采用磁環(huán)、標(biāo)定電磁線圈實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸部件的推力標(biāo)定，由于其使用電來(lái)控制，并且不用砝碼，因此可實(shí)現(xiàn)真空艙中的在線標(biāo)定；(8)采用比例微分積分(PID)控制電路，實(shí)現(xiàn)了大量程高精度的推力測(cè)量，并且輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)采集信號(hào)，便于進(jìn)行計(jì)算機(jī)采集。


圖1是本發(fā)明的機(jī)械本體的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖2是支撐架組件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是主軸組件結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是主軸結(jié)構(gòu)圖。
圖4是推進(jìn)組件與工作梁的裝配圖。
圖4A是右噴嘴卡子結(jié)構(gòu)圖。
圖4B是部分工作梁結(jié)構(gòu)圖。
圖5是傳感器組件裝配圖。
圖6是本發(fā)明的比例微分積分(PID)控制驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
圖中1.支撐架組件101.長(zhǎng)方體框架102.后橫梁103.縱梁104.前橫梁105.后支撐梁106.前支撐梁 107.上框架107a.框邊A107b.框邊B107c.框邊C 107d.框邊D108a.角鋁A108b.角鋁B108c.角鋁C108d.角鋁D 109.下框架109a.框邊A109c.框邊C109d.框邊D111.底座A 112.底座B 114.底座D 115.底座E
2.傳感器組件201.位移傳感器202.標(biāo)定電磁線圈203.加力電磁線圈204.連接板 205.連接板206.連接板 207.傳感器夾具208.調(diào)節(jié)螺桿209.鎖緊螺母 210.磁環(huán)211.調(diào)節(jié)螺桿 212.鎖緊螺母213.調(diào)節(jié)螺桿214.磁環(huán) 215.鎖緊螺母3.主軸組件 301.上連接板302.下連接板303.主軸 304.上法蘭盤(pán)305.下法蘭盤(pán) 306.叉簧支撐A307.叉簧支撐B 4.工作梁 401.通孔402.槽溝 5.推力組件501.連接件 502.發(fā)動(dòng)機(jī)503.推進(jìn)劑管路 504.支座505.左噴嘴卡子506.右噴嘴卡子 507.下卡體508.上卡體 509.通孔 6.配重塊7.連接板具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明是一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，包括推進(jìn)劑貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)502、機(jī)械本體、傳感器組件2和控制驅(qū)動(dòng)電路；(請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示)工作梁4的一端外側(cè)面安裝有傳感器組件2，另一端安裝有配重塊6；控制驅(qū)動(dòng)電路安裝在前支撐梁106和后支撐梁105的橫溝內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)502安裝在連接件501上；推進(jìn)劑管路503一端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)502上，另一端與推力劑貯箱連接；在本發(fā)明中，機(jī)械本體由支撐架組件1、主軸組件3、工作梁4、推進(jìn)組件5和配重塊6組成，請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，支撐架組件1的長(zhǎng)方體框架101由上框架107、下框架109、角鋁A108a、角鋁B108b、角鋁C108c和角鋁D108d焊接構(gòu)成，四根角鋁(角鋁A108a、角鋁B108b、角鋁C108c、角鋁D108d)垂直焊接在上框架107、下框架109之間，且四根角鋁每?jī)筛嗷テ叫?；下框?09底部的四個(gè)角的部位分別安裝四個(gè)底座(底座A111、底座B112、底座C(圖中未標(biāo)注出)、底座D114)，下框架109的框邊109d外側(cè)端面焊接有前支撐梁106、后支撐梁105，前支撐梁106、后支撐梁105的另一端焊接在縱梁103底部的兩端；底座E115安裝在縱梁103底部中心位置；縱梁103右端與后橫梁102端部焊接，后橫梁102另一端順次固定在角鋁D108d、角鋁C108c上；縱梁103左端與前橫梁104端部焊接，前橫梁104另一端順次固定在角鋁A108a、角鋁B108b上；縱梁103的長(zhǎng)度等于角鋁A108a與角鋁D108d之間的距離；連接板7的一端與支撐架組件1的縱梁103固定；連接板7的設(shè)計(jì)解決了在搬運(yùn)過(guò)程中，工作梁4易擺動(dòng)造成重復(fù)標(biāo)定給工作帶來(lái)的麻煩。在搬運(yùn)過(guò)程中，工作梁4與連接板7固定。
請(qǐng)參見(jiàn)圖3、圖3A所示，主軸組件3的上連接板301兩端固定在上框架107的框邊A107a、框邊C107c上；下連接板302兩端固定在下框架109的框邊A109a、框邊C109c上；主軸303安裝在上連接板301與下連接板302之間，主軸303的上端套接有叉簧支撐A306，叉簧支撐A306安裝在上法蘭盤(pán)304上，上法蘭盤(pán)304固定在上連接板301的下端；主軸303的下端套接有叉簧支撐B307，叉簧支撐B307安裝在下法蘭盤(pán)305上，下法蘭盤(pán)305固定在下連接板302的上端。
請(qǐng)參見(jiàn)圖4、圖4A、圖4B所示，工作梁4是一帶有槽溝402的槽鋁，其槽溝402內(nèi)設(shè)有一通孔401，通孔401用于主軸303穿過(guò)；工作梁4的左端安裝有配重塊6，配重塊6用于實(shí)現(xiàn)工作梁4兩側(cè)重量的平衡；工作梁4右端的外側(cè)面上安裝有磁環(huán)；工作梁4右端的上端固定有連接件501，連接件501上安裝有右噴嘴卡子506、發(fā)動(dòng)機(jī)502；推進(jìn)劑管路503卡固在右噴嘴卡子506和左噴嘴卡子505的中心孔內(nèi)，右噴嘴卡子506和左噴嘴卡子505結(jié)構(gòu)相同，(參見(jiàn)圖4A所示)右噴嘴卡子506由上卡體508、下卡體507組成，上卡體508和下卡體507在接合處分別設(shè)有半圓孔，經(jīng)螺釘卡緊后構(gòu)成通孔509供推進(jìn)劑管路503通過(guò)，左噴嘴卡子505安裝在支座504上，支座504安裝在上框架107的框邊D107d、框邊B107b上；推進(jìn)劑管路503一端與發(fā)動(dòng)機(jī)502連接，推進(jìn)劑管路503另一端與推進(jìn)劑貯箱連接。推進(jìn)劑管路503是直徑2mm的不銹鋼管，在本發(fā)明中，細(xì)小的推進(jìn)劑管路503減小了工作梁4在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的彈性系數(shù)，提高了推力測(cè)量精度。在本發(fā)明中，發(fā)動(dòng)機(jī)502產(chǎn)生的推力為0～200mN。
在本發(fā)明中，請(qǐng)參見(jiàn)圖5所示，傳感器組件2由位移傳感器201、標(biāo)定電磁線圈202、加力電磁線圈203以及多個(gè)調(diào)節(jié)螺桿組成；位移傳感器201安裝在傳感器夾具207上，傳感器夾具207另一端連接有調(diào)節(jié)螺桿208，調(diào)節(jié)螺桿208上套接有鎖緊螺母209，調(diào)節(jié)螺桿208安裝在連接板204上，連接板204固定在支撐架組件1的前橫梁104上；磁環(huán)214安裝在工作梁4的外側(cè)面上，標(biāo)定電磁線圈202與調(diào)節(jié)螺桿213連接，調(diào)節(jié)螺桿213上套接有鎖緊螺母215，調(diào)節(jié)螺桿213安裝在連接板205上，連接板205固定在支撐架組件1的前橫梁104上；磁環(huán)210安裝在工作梁4的外側(cè)面上，加力電磁線圈203與調(diào)節(jié)螺桿211連接，調(diào)節(jié)螺桿211上套接有鎖緊螺母212，調(diào)節(jié)螺桿211安裝在連接板206上，連接板206固定在支撐架組件1的前橫梁104上；
在本發(fā)明中，請(qǐng)參見(jiàn)圖6所示，控制驅(qū)動(dòng)電路由前置電路、控制電路和加力電磁線圈驅(qū)動(dòng)電路組成，位移傳感器201輸出的電壓經(jīng)電容C5濾波后與運(yùn)算放大器U4的第3端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U4的第2端與第6端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U1的第2端之間接有電位器R1，運(yùn)算放大器U1的第3端與地之間接有電阻R4，運(yùn)算放大器U1的第2端與第6端之間接有電阻R5，運(yùn)算放大器U1的第6端經(jīng)電阻R8輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U2的第2端之間接有電位器R2，運(yùn)算放大器U2的第3端與地之間接有電阻R7，運(yùn)算放大器U2的第2端與第6端之間接有電容C1，運(yùn)算放大器U2的第6端經(jīng)電阻R9輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U5的第2端之間接有電容C3，運(yùn)算放大器U5的第3端與地之間接有電阻R12，電位器R3與電容C2并聯(lián)在運(yùn)算放大器U5的第2端與第6端，運(yùn)算放大器U5的第6端經(jīng)電阻R10輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U3的第3端與地之間接有電阻R11，運(yùn)算放大器U3的第2端與第6端接有電阻R6，運(yùn)算放大器U5的第6端與運(yùn)算放大器U6的第3端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U6的第2端與地之間接有電阻R13，且第2端與加力電磁線圈R14的一端聯(lián)接；運(yùn)算放大器U6的第6端分別與三極管Q1、三極管Q2的基極聯(lián)接，三極管Q1的集電極與電源BT8的正極聯(lián)接，電源BT8的負(fù)極接地，三極管Q2的集電極與電源BT9的負(fù)極聯(lián)接，電源BT9的正極接地，三極管Q1、三極管Q2的發(fā)射極聯(lián)接，且與加力電磁線圈R14的另一端聯(lián)接。
在本發(fā)明的控制驅(qū)動(dòng)電路中，電容C5與運(yùn)算放大器U4構(gòu)成前置電路，該前置電路對(duì)接收的位移傳感器201輸出的電壓進(jìn)行濾波、正向跟蹤。運(yùn)算放大器U1、運(yùn)算放大器U2和運(yùn)算放大器U5構(gòu)成比例微分積分(PID)控制器。電阻R8、電阻9、電阻10與運(yùn)算放大器U3構(gòu)成一個(gè)加法運(yùn)算器。運(yùn)算放大器U6與三極管Q1、三極管Q2構(gòu)成加力電磁線圈驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)加力電磁線圈203。
通過(guò)位移量的轉(zhuǎn)換和閉環(huán)控制信號(hào)輸出，較精確地測(cè)量出微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)微小推力，推力測(cè)量范圍為0.45mN～280mN。
本發(fā)明用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理，是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)502產(chǎn)生一個(gè)推力時(shí)，就會(huì)給推力測(cè)量系統(tǒng)一個(gè)扭矩，引起叉簧支撐A306、叉簧支撐B307變形，從而使工作梁4產(chǎn)生一定角度的偏轉(zhuǎn)。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)角度很小，可直接通過(guò)位移傳感器201可測(cè)量出工作梁4的位移大小來(lái)近似代替弧長(zhǎng)。假設(shè)叉簧支撐A306、叉簧支撐B307的扭轉(zhuǎn)系數(shù)為K，工作梁4端部距主軸303的距離為L(zhǎng)，由工作梁4端部的位移大小S可算出推力F＝KS/L。因?yàn)樗鶞y(cè)量的推力非常小，從而對(duì)摩擦等外界因素的消除致關(guān)重要。首先是主軸組件3和支撐架組件1的連接部分。我們采用無(wú)摩擦的雙叉形彈簧片(叉簧支撐A306、叉簧支撐B307)連接兩個(gè)部分，達(dá)到有效消除外界摩擦的目的。
在本發(fā)明中，對(duì)于信號(hào)控制和輸出，采用開(kāi)環(huán)或閉環(huán)兩種控制方式，當(dāng)推力小于6mN時(shí)，采用開(kāi)環(huán)方式，由于偏角范圍在0.06度以?xún)?nèi)，故將圓周運(yùn)動(dòng)近似為平動(dòng)，采用傳感器進(jìn)行直接測(cè)量，從傳感器的電壓輸出得出偏轉(zhuǎn)角度的信息，從而解算出發(fā)動(dòng)機(jī)502的推力。當(dāng)推離為6～200mN時(shí)，由于開(kāi)環(huán)測(cè)量偏轉(zhuǎn)角度太大，故采用一定的電磁加力器的力學(xué)反饋，對(duì)力矩進(jìn)行反饋，使工作梁4的偏轉(zhuǎn)角度保持為零位，即零位控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)502產(chǎn)生的推力通過(guò)連接件501傳遞給工作梁4，使其產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。由于主軸303沒(méi)有安裝在工作梁4的正中間，并且發(fā)動(dòng)機(jī)502安裝在工作量的一端，因此，為了使整個(gè)工作梁4的重心位于主軸303的軸心上，在工作梁4的另一端安裝有配重塊6，配重的重量可調(diào)。
推進(jìn)劑的供應(yīng)采用不銹鋼管(推進(jìn)劑管路503)，其一端連接到發(fā)動(dòng)機(jī)502上，另一端固定在支座504上，并且固定點(diǎn)位于主軸303的軸線上，由于不銹鋼管長(zhǎng)度很長(zhǎng)，因此在小轉(zhuǎn)角情況下，可將其視為彈性的，它對(duì)測(cè)量的影響可以通過(guò)標(biāo)定進(jìn)行消除。
微小推力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)重要的指標(biāo)就是將工作梁4在載荷情況下的偏斜程度最小化，避免影響推力的測(cè)量。
控制驅(qū)動(dòng)電路采用比例微分積分(PID)控制器，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻電容的參數(shù)值來(lái)得到合適的超調(diào)量和響應(yīng)時(shí)間，電路由控制電路、加力電磁線圈驅(qū)動(dòng)電路及前置電路組成，電路中采用LF356N場(chǎng)效應(yīng)管型運(yùn)算放大器和μA741運(yùn)算放大器。
加力裝置和標(biāo)定裝置均采用電磁線圈方式，由永磁鐵環(huán)(磁環(huán)210、磁環(huán)214)和線圈組成。永磁鐵環(huán)緊固在工作梁4側(cè)面，線圈是由在鋁質(zhì)骨架上面纏繞Φ0.27的漆包銅線制作而成，在繞組外表面涂有絕緣漆，線圈匝數(shù)N為800匝，繞組外徑D為25mm，繞組內(nèi)徑d為16mm，繞組長(zhǎng)度a為18mm，漆包線直徑dl為0.27mm，由此可計(jì)算出電感L為0.0079H。標(biāo)定器和加力器的尺寸基本一致，標(biāo)定器直接使用外界恒壓電源(0～+30V)，加力器使用驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
位移傳感器采用電容式高精度位移傳感器，測(cè)量線路采用運(yùn)算法，同時(shí)又采用了驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)，使得在位移測(cè)量時(shí)理論上可以達(dá)到輸出電壓與位移之間具有良好的線性關(guān)系。傳感器可在真空環(huán)境下工作，真空度＜1000Pa，輸出信號(hào)為0～+5V電壓或4mA～20mA電流，量程為1mm，精度為1um。
本發(fā)明推力測(cè)量系統(tǒng)采用兩種方法對(duì)推力進(jìn)行標(biāo)定，一種是傳統(tǒng)的砝碼方法，即在發(fā)動(dòng)機(jī)上連接一根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端連接砝碼，細(xì)繩應(yīng)處于發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線上，裝置中采用了摩擦極小的點(diǎn)接觸滑輪系統(tǒng)，保證了標(biāo)定的準(zhǔn)確性。另一種是電磁力標(biāo)定方法，即在工作梁上安裝一套與加力器相同的電磁線圈和永磁鐵環(huán)，利用線圈與永磁鐵之間的電磁力對(duì)推力測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定。電磁線圈電流與電磁力之間的關(guān)系預(yù)先通過(guò)高精度的天平測(cè)量得到。兩種標(biāo)定方法進(jìn)行對(duì)比，以電磁力標(biāo)定為最終標(biāo)定結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，包括推力劑貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)(502)，其特征在于還包括機(jī)械本體、傳感器組件(2)和控制驅(qū)動(dòng)電路，工作梁(4)的一端外側(cè)面安裝有傳感器組件(2)，另一端安裝有配重塊(6)；控制驅(qū)動(dòng)電路安裝在前支撐梁(106)和后支撐梁(105)的橫溝內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)(502)安裝在連接件(501)上；推進(jìn)劑管路(503)一端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)(502)上，另一端與推力劑貯箱連接；所述機(jī)械本體，由支撐架組件(1)、主軸組件(3)、工作梁(4)、推進(jìn)組件(5)和配重塊(6)組成；支撐架組件(1)的長(zhǎng)方體框架(101)由上框架(107)、下框架(109)、角鋁A(108a)、角鋁B(108b)、角鋁C(108c)和角鋁D(108d)焊接構(gòu)成，四根角鋁垂直焊接在上框架(107)、下框架(109)之間，且四根角鋁每?jī)筛嗷テ叫?；下框?109)底部的四個(gè)角的部位分別安裝四個(gè)底座，下框架(109)的框邊(109d)外側(cè)端面焊接有前支撐梁(106)、后支撐梁(105)，前支撐梁(106)、后支撐梁(105)的另一端焊接在縱梁(103)底部的兩端；底座E(115)安裝在縱梁(103)底部中心位置；縱梁(103)右端與后橫梁(102)端部焊接，后橫梁(102)另一端順次固定在角鋁D(108d)、角鋁C(108c)上；縱梁(103)左端與前橫梁(104)端部焊接，前橫梁(104)另一端順次固定在角鋁A(108a)、角鋁B(108b)上；縱梁(103)的長(zhǎng)度等于角鋁A(108a)與角鋁D(108d)之間的距離；連接板(7)的一端與支撐架組件(1)的縱梁(103)固定；主軸組件(3)的上連接板(301)兩端固定在上框架(107)的框邊A(107a)、框邊C(107c)上；下連接板(302)兩端固定在下框架(109)的框邊A(109a)、框邊C(109c)上；主軸(303)安裝在上連接板(301)與下連接板(302)之間，主軸(303)的上端套接有叉簧支撐A(306)，叉簧支撐A(306)安裝在上法蘭盤(pán)(304)上，上法蘭盤(pán)(304)固定在上連接板(301)的下端；主軸(303)的下端套接有叉簧支撐B(307)，叉簧支撐B(307)安裝在下法蘭盤(pán)(305)上，下法蘭盤(pán)(305)固定在下連接板(302)的上端；工作梁(4)是一帶有槽溝(402)的槽鋁，其槽溝(402)內(nèi)設(shè)有一通孔(401)；工作梁(4)的左端安裝有配重塊(6)；工作梁(4)右端的外側(cè)面上安裝有磁環(huán)；工作梁(4)右端的上端固定有連接件(501)，連接件(501)上安裝有右噴嘴卡子(506)、發(fā)動(dòng)機(jī)(502)；推進(jìn)劑管路(503)卡固在右噴嘴卡子(506)和左噴嘴卡子(505)的中心孔內(nèi)，右噴嘴卡子(506)和左噴嘴卡子(505)結(jié)構(gòu)相同，左噴嘴卡子(505)安裝在支座(504)上，支座(504)安裝在上框架(107)的框邊D(107d)、框邊B(107b)上；推進(jìn)劑管路(503)一端與發(fā)動(dòng)機(jī)(502)連接，推進(jìn)劑管路(503)另一端與推進(jìn)劑貯箱連接；所述傳感器組件(2)，由位移傳感器(201)、標(biāo)定電磁線圈(202)、加力電磁線圈(203)以及多個(gè)調(diào)節(jié)螺桿組成；位移傳感器(201)安裝在傳感器夾具(207)上，傳感器夾具(207)另一端連接有調(diào)節(jié)螺桿(208)，調(diào)節(jié)螺桿(208)上套接有鎖緊螺母(209)，調(diào)節(jié)螺桿(208)安裝在連接板(204)上，連接板(204)固定在支撐架組件(1)的前橫梁(104)上；磁環(huán)(214)安裝在工作梁(4)的外側(cè)面上，標(biāo)定電磁線圈(202)與調(diào)節(jié)螺桿(213)連接，調(diào)節(jié)螺桿(213)上套接有鎖緊螺母(215)，調(diào)節(jié)螺桿(213)安裝在連接板(205)上，連接板(205)固定在支撐架組件(1)的前橫梁(104)上；磁環(huán)(210)安裝在工作梁(4)的外側(cè)面上，加力電磁線圈(203)與調(diào)節(jié)螺桿(211)連接，調(diào)節(jié)螺桿(211)上套接有鎖緊螺母(212)，調(diào)節(jié)螺桿(211)安裝在連接板(206)上，連接板(206)固定在支撐架組件(1)的前橫梁(104)上；所述控制驅(qū)動(dòng)電路，由前置電路、控制電路和加力電磁線圈驅(qū)動(dòng)電路組成，位移傳感器(201)輸出的電壓經(jīng)電容C5濾波后與運(yùn)算放大器U4的第3端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U4的第2端與第6端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U1的第2端之間接有電位器R1，運(yùn)算放大器U1的第3端與地之間接有電阻R4，運(yùn)算放大器U1的第2端與第6端之間接有電阻R5，運(yùn)算放大器U1的第6端經(jīng)電阻R8輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U2的第2端之間接有電位器R2，運(yùn)算放大器U2的第3端與地之間接有電阻R7，運(yùn)算放大器U2的第2端與第6端之間接有電容C1，運(yùn)算放大器U2的第6端經(jīng)電阻R9輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U4的第6端與運(yùn)算放大器U5的第2端之間接有電容C3，運(yùn)算放大器U5的第3端與地之間接有電阻R12，電位器R3與電容C2并聯(lián)在運(yùn)算放大器U5的第2端與第6端，運(yùn)算放大器U5的第6端經(jīng)電阻R10輸入到運(yùn)算放大器U3的第2端；運(yùn)算放大器U3的第3端與地之間接有電阻R11，運(yùn)算放大器U3的第2端與第6端接有電阻R6，運(yùn)算放大器U5的第6端與運(yùn)算放大器U6的第3端聯(lián)接，運(yùn)算放大器U6的第2端與地之間接有電阻R13，且第2端與加力電磁線圈R14的一端聯(lián)接；運(yùn)算放大器U6的第6端分別與三極管Q1、三極管Q2的基極聯(lián)接，三極管Q1的集電極與電源BT8的正極聯(lián)接，電源BT8的負(fù)極接地，三極管Q2的集電極與電源BT9的負(fù)極聯(lián)接，電源BT9的正極接地，三極管Q1、三極管Q2的發(fā)射極聯(lián)接，且與加力電磁線圈R14的另一端聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)劑管路(503)是直徑2mm的不銹鋼管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)(502)選取產(chǎn)生的推力為0～200mN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于運(yùn)算放大器U1、運(yùn)算放大器U2、運(yùn)算放大器U3、運(yùn)算放大器U4和運(yùn)算放大器U5選取LF356系列場(chǎng)效應(yīng)管型運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器U6選取μA741運(yùn)算放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于空間微小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力測(cè)量系統(tǒng)，包括推力劑貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械本體、傳感器組件和控制驅(qū)動(dòng)電路，工作梁的一端外側(cè)面安裝有傳感器組件，另一端安裝有配重塊；控制驅(qū)動(dòng)電路安裝在前支撐梁和后支撐梁的橫溝內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在連接件上；推進(jìn)劑管路一端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上，另一端與推力劑貯箱連接；本發(fā)明中機(jī)械本體由支撐架組件、主軸組件、工作梁、推進(jìn)組件和配重塊組成，這樣的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)消除了各轉(zhuǎn)動(dòng)件之間的摩擦，提高了推力測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；采用比例微分積分電路對(duì)加力電磁線圈進(jìn)行控制，將微小推力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；本發(fā)明通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制電路的組合實(shí)現(xiàn)微小推力的準(zhǔn)確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L5/12GK1916580SQ20061008904
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者湯海濱, 劉暢, 楊勇, 徐衡, 張文電, 曾鵬, 李新田 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)