一種適用于微小型推進(jìn)器的可變量程推力測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于力的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于微小型推進(jìn)器的推力測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在小衛(wèi)星技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，適用于小衛(wèi)星姿軌控的微小型推進(jìn)器推力測(cè)量一直是重要的探索方向。推力的高精度測(cè)量對(duì)推進(jìn)器的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和應(yīng)用有著非常重要的作用。然而，微小型推進(jìn)器(比如冷氣推進(jìn)器、激光燒蝕推進(jìn)器等)的推力輸出較小，一般在百毫牛量級(jí)以下，甚至達(dá)到幾百微?；驇资⑴＃@對(duì)微小推力測(cè)量提出了較大的挑戰(zhàn):(I)推進(jìn)器推重比非常小。相對(duì)于推進(jìn)裝置及其相關(guān)設(shè)備的重量，所測(cè)量的推力非常小。有時(shí)，推進(jìn)裝置的重量甚至超過1kg(?100N)，而所測(cè)的力小于lmN。若其測(cè)量誤差為1%，則推力測(cè)量誤差絕對(duì)值僅為0.0lmN,與重量之比為10 7，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。
(2)影響因素眾多。對(duì)于微小推力，許多在通常情況下可以忽略的因素都足以將其淹沒，比如人的腳步或呼吸等都可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，對(duì)測(cè)量環(huán)境和方法提出了很高的要求。
(3)真空環(huán)境下測(cè)量。為了模擬真實(shí)的微推進(jìn)器工作環(huán)境，需要在真空艙中完成各種操作和測(cè)量，并且承受高溫和低溫的沖擊，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)量方法以及測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都提出了很高的要求。
[0003]面對(duì)微小推力測(cè)量的挑戰(zhàn)，采用何種測(cè)量方法、如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、如何消除各種因素的影響以及如何實(shí)施推力測(cè)量，達(dá)到高精度、易操作、通用性強(qiáng)的目的，是本領(lǐng)域技術(shù)人員極為關(guān)注的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種適用于微小型推進(jìn)器的可變量程推力測(cè)量裝置，采用水平扭轉(zhuǎn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)消除重力的影響，采用整機(jī)掛載的方式消除管線的影響，采用無(wú)線遙控的方式和可遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境中的測(cè)量操作，采用外部接口一致的樞軸套件實(shí)現(xiàn)微小型推進(jìn)器推力測(cè)量的通用性。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:可變量程推力測(cè)量裝置包括工作底板、固定豎梁、活動(dòng)豎梁、樞軸套件組合、刀口架、活動(dòng)橫梁、位移測(cè)量裝置、音圈標(biāo)定裝置和阻尼裝置。
[0006]活動(dòng)橫梁是整個(gè)測(cè)量裝置的關(guān)鍵執(zhí)行部件，和活動(dòng)豎梁栓連在一起，并在水平面內(nèi)無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)?；顒?dòng)橫梁一端安裝推進(jìn)器，另一端安裝推進(jìn)器的供應(yīng)系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)，并且利用配重塊使橫梁在垂直方向所受力矩平衡，使得推進(jìn)器的推力與推進(jìn)器及相關(guān)裝置的重力分離，并且通過整機(jī)掛載推進(jìn)器的方式完全消除管線對(duì)推力測(cè)量的影響。
[0007]活動(dòng)橫梁在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度采用位移傳感器測(cè)量，所采用的位移傳感器為無(wú)接觸測(cè)量，配備專用的真空轉(zhuǎn)接件，可以在真空環(huán)境下使用。標(biāo)定裝置采用音圈和永磁鐵，永磁鐵安裝在活動(dòng)橫梁上，音圈采用獨(dú)特的卡鎖支架和永磁鐵同軸安裝，當(dāng)音圈通一特定的電流，音圈和電磁鐵之間產(chǎn)生一定的電磁力，該標(biāo)定裝置為無(wú)接觸設(shè)計(jì)，可以遠(yuǎn)程控制，適合真空環(huán)境使用。阻尼裝置采用磁阻尼方式，主要由L形銅片和異性磁極永磁鐵組合組成，也適合真空環(huán)境使用。整個(gè)工作過程中，推進(jìn)器的控制采用無(wú)線遙控方式實(shí)現(xiàn)，位移測(cè)量、標(biāo)定和阻尼均可以遠(yuǎn)程控制，整套裝置可完全工作在真空模擬環(huán)境中。
[0008]為了對(duì)微小推力器具有較強(qiáng)的通用性，整個(gè)測(cè)量裝置配備了五套外部接口一致的樞軸套件組合，使得推力測(cè)量范圍分別為O?100μΝ、0?500 μΝ、0?lmN、0?5OmN和O?lOOmN，達(dá)到可變量程進(jìn)行高精度推力測(cè)量的目的。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是:
[0009]1.精度較高。采用水平扭轉(zhuǎn)的擺式結(jié)構(gòu)完全消除重力的影響，采用推進(jìn)器整機(jī)掛載的方式完全避免推進(jìn)器與外部的管線連接，極大提高測(cè)量精度。
[0010]2.結(jié)構(gòu)靈活。橫梁采用方管多孔結(jié)構(gòu)，便于推進(jìn)器等裝置的安裝及位置調(diào)整，音圈和位移傳感器采用平移臺(tái)作為安裝基座，便于位置調(diào)整和器件保護(hù)，采用外部接口一致的樞軸套件，便于推力量程的更改。
[0011]3.控制方便。推進(jìn)器可遠(yuǎn)程無(wú)線控制，關(guān)鍵部件可遠(yuǎn)程有線控制，系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)傳輸較為方便，使得整套裝置可在真實(shí)的微小推進(jìn)器工作環(huán)境中工作。
[0012]4.通用性強(qiáng)。采用樞軸套件實(shí)現(xiàn)10mN以下五個(gè)檔位推力測(cè)量，滿足不同量級(jí)、不同類型推進(jìn)器的連續(xù)推力和脈沖平均推力測(cè)量。
【附圖說明】
[0013]圖1為推力測(cè)量裝置外部結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為固定豎梁結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3A為樞軸套件組合結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3B為樞軸套件組合側(cè)視圖；
[0017]圖4為刀口架結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖5為活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖6為位移測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖7為音圈標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖8為阻尼裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖中:1_工作底板；2_固定豎梁；3_活動(dòng)豎梁；4_樞軸套件組合；5_刀口架；6-活動(dòng)橫梁；7_位移測(cè)量裝置；8_音圈標(biāo)定裝置；9_阻尼裝置；201、202_過載保護(hù)栓；401、402、403,404-樞軸套;405、406_樞軸;501_刀承;601_刀P ;701_位移傳感器;702_傳感器支架；703_手動(dòng)平移臺(tái)；801_音圈；802_音圈支架；803_手動(dòng)平移臺(tái)；804_永磁鐵；805_永磁鐵安裝架；901-L形銅片；902_異性磁極永磁鐵組合；903_永磁鐵架。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)推力測(cè)量裝置本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明描述。
[0024]請(qǐng)參見圖1所示，推力測(cè)量裝置包括工作底板(I)、固定豎梁(2)、活動(dòng)豎梁(3)、樞軸套件組合(4)、刀口架(5)、活動(dòng)橫梁(6)、位移測(cè)量裝置(7)、音圈標(biāo)定裝置(8)和阻尼裝置(9);工作底板(I)通過四個(gè)螺栓進(jìn)行調(diào)平；固定豎梁(2)安裝在工作底板(I)上，并且裝有過載保護(hù)栓(201、202)，請(qǐng)參見圖2所示。
[0025]請(qǐng)參見圖3A、圖3B所示，樞軸套件組合(4)由四個(gè)樞軸套(401、402、403、404)和兩個(gè)樞軸(405、406)組成，樞軸套圓形凹槽的直徑與樞軸直徑相同，每個(gè)樞軸兩端分別由一個(gè)樞軸套采用卡鎖的方式安裝，每?jī)蓚€(gè)樞軸套(401、403和402、404)分別安裝在活動(dòng)豎梁⑶和固定豎梁⑵上。
[0026]請(qǐng)參見圖4所示，刀口架(5)安裝在活動(dòng)豎梁(3)上，并且安裝刀承(501)。
[0027]請(qǐng)參見圖5所示，活動(dòng)橫梁(6)采用方管結(jié)構(gòu)，四面開有M6螺紋孔，便于器件安裝，底部裝有刀口 ￠01)，刀口(601)置于刀承(501)上，在安裝好推進(jìn)器及其供應(yīng)和遙控裝置后，對(duì)活動(dòng)橫梁(6)進(jìn)行配平，配平完畢后，與活動(dòng)豎梁(3)和刀口架(5)栓接在一起。
[0028]請(qǐng)參見圖6所示，位移測(cè)量裝置(7)由位移傳感器(701)、傳感器支架(702)和手動(dòng)平移臺(tái)(703)組成，位移傳感器(701)采用卡鎖的方式安裝在傳感器支架(702)上，傳感器支架(702)安裝在手動(dòng)平移臺(tái)(703)上，手動(dòng)平移臺(tái)(703)安裝在工作底板(I)上。
[0029]請(qǐng)參見圖7所示，音圈標(biāo)定裝置⑶由音圈(801)、音圈支架(802)、手動(dòng)平移臺(tái)(803)、永磁鐵(804)和永磁鐵安裝架(805)組成，音圈(801)采用卡鎖的方式安裝在音圈支架(802)上，音圈支架(802)安裝在手動(dòng)平移臺(tái)(803)上，手動(dòng)平移臺(tái)(803)安裝在工作底板(I)上，永磁鐵(804)采用卡鎖的方式安裝在永磁鐵安裝架(805)上，永磁鐵安裝架(805)安裝在活動(dòng)橫梁(6)上。
[0030]請(qǐng)參見圖8所示，阻尼裝置(9)由L形銅片(901)、異性磁極永磁鐵組合(902)和永磁鐵架(903)組成，L形銅片(901)安裝在活動(dòng)橫梁(6)上，異性磁極永磁鐵組合(902)分別粘貼在永磁鐵架(903)內(nèi)側(cè)，永磁鐵架(903)安裝在工作底板(I)上。
[0031]為了完全消除推進(jìn)器管路和線路對(duì)測(cè)量的影響，對(duì)推進(jìn)器的供應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)高度集成，并采用遙控方式控制推進(jìn)器?；顒?dòng)橫梁(6)裝有阻尼裝置(9)的一端安裝推進(jìn)