一种精度可调的扭摆式微推力测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种精度可调的扭摆式微推力测试装置，可测试μN～mN量级的微推力，该装置包括在工作平台上依次设置的位移传感器、扭摆、配重、电磁阻尼器。本发明专利技术提供的扭摆摆臂为可伸缩式，通过对摆臂长度的调节可满足不同连续测试精度的需求，且伸缩臂伸出后可实现不同尺寸待测微推力装置的装载测试。设定扭摆顶板处螺栓定位孔径大于支柱螺栓固定孔径，通过微调顶板可有效减小枢轴安装的偏心误差，提高测试精度。该装置结构简单，体积小，可放置于真空环境进行测试，测量带宽大，精度高。

A precision adjustable torsion micro thrust test device

The invention provides a precision adjustable torsion micro thrust test device can test the micro thrust N ~ mN level, the device comprises a working platform on the displacement sensor, torsion pendulum, counterweight, electromagnetic damper. The invention provides a torsion pendulum swing arm is telescopic, by adjusting the arm length of the continuous testing precision can meet different needs, and can extend the telescopic arm loading test of different size to be micro thrust device. Set twist roof bolt positioning bolt aperture diameter larger than the pillar, by fine-tuning the roof can effectively reduce the installation error of the eccentric pivot, improve the testing precision. The device has simple structure, small size, and can be placed in a vacuum environment for testing, and the measurement bandwidth is large and the accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
一种精度可调的扭摆式微推力测试装置
本专利技术涉及微推力测试领域，具体涉及一种精度可调的扭摆式微推力测试装置。
技术介绍
对于空间探索，科学家们的主要工作集中于研制大推力的发动机来满足动力需求。近些年，随着MEMS(微机电系统)技术的迅速崛起，质量在1～100kg级的微纳卫星因具有制作和发射成本低、周期短、隐身性好、机动性好等特点而迅速崛起。微推力器是微纳卫星姿态控制、轨道保持以及机动的重要执行元件，要求产生较小的推力且达到较高的精度。微推力是体现微推力器技术性能和可靠性的重要参数，所以微推力测试成为了微推力器研制的关键技术。常用的微推力测试平台有天平型、单摆型、悬丝型、扭摆型等。天平型测试平台可以将重力与推力分离，消除重力的影响，而且天平处于动态平衡状态，灵敏度高，但该结构分别率有限；单摆型测试平台可以通过将导线、靶材供给线路等安装于摆臂内等结构设计方法来减小这些部分对测试结果的影响，但无法消除重力对测试结果的影响，精度也不是很高；悬丝型测试平台精度高，体积小，但对环境的扰动反应较灵敏。目前，国内外比较成熟的测试技术是天平型和单摆型，但只能满足mN～N量级的测试要求。而扭摆型平台可实现推力与重力分离，可测微推力器质量大，精度高，可满足更小量级微推力的测试。国外最先开始对扭摆式测试平台进行研制。2004年，日本东京大学新能源部H.Koizumi团队在《JournalofAppliedPhysics–ReviewofScientificInstruments》期刊中发表了题为《Developmentofthruststandforlowimpulsemeasurementfrommicrothrusters》的论文。文中提到一种扭摆式微冲量测试装置，该装置包括传感器、阻尼器、挠性轴、工字型摆臂、配重等结构，适用于脉冲等离子体微推力器和激光烧蚀微推力器，结构简单，测试精度为2.1mN。但该装置摆臂与中心枢轴固定接触面较小，难以消除摆臂与枢轴不完全垂直带来的误差。国内关于扭摆型微推力测试装置的研制始于近几年。2011年公开的中国科学院广州能源研究所岑继文等人的专利技术专利(公开号：CN102169035A)涉及一种扭摆式高精度微推力测试系统，利用下方的石蜡固化杯使挠性轴下端固定，利用连接线连接挠性轴上端以便调整挠性轴竖直放置。该装置体积小，使用方便。但用于调整位置的挠性轴上方连接线在测试过程中易收到外部扰动而引入测试误差。2016年公开的中国科学院力学研究所李飞等人的专利技术专利(公开号：CN105784237A)涉及一种微推力测试系统及方法，可通过工控机控制升降台高度，测试给定加载下的摆推理响应从而实现稳态在线标定，适用1～1000mN的微推力测试，测试带宽大、精度高。但该装置中两个挠性轴上下放置位置固定，若存在偏心误差则无法调整。同年公开的中国人民解放军装备学院叶继飞等人的专利技术专利(公开号：CN106092399A)涉及一种基于扭秤的航天微推力器冲量测试台，包括测试台座、扭秤台、标定器和线位移测试器四部分，系统载荷承重大，分辨能力强，测试精度高，测试周期短，能够实现kg级航天微推力器微冲量测试。但该装置得摆臂长度变换是间断的，不能实现某个范围内连续的精度变化需求。根据目前国内外研究进展，扭摆式微推力测试装置的研制存在以下问题：(1)测试范围多在mN～N量级，难以满足μN～mN量级微推力测试；(2)摆臂长度大多固定，配重位置固定，测试精度因而单一固定；(3)大多使用两个挠性轴，没有明确的方法减小两个轴安装时的偏心误差；(4)没有解决可能产生的摆臂在宽度方向未达到水平引入的扭转误差；(5)测试平台难以很好地满足不同质量、推力量级的微推力器的装载测试。
技术实现思路
本专利技术技术目的在于：设置摆臂长度可连续变化，配重位置可连续调整，适应不同测试精度需求，修正安装时可能产生的转轴偏心误差，装置体积小，可放置于真空环境，实现μN～mN量级微推力测试，提高测试精度。本专利技术的具体技术方案为：一种精度可调的扭摆式微推力测试装置，包括在工作平台上依次设置的位移传感器、装置主体、配重、电磁阻尼器，装置主体为扭摆，具体为：摆臂主体、伸缩臂、枢轴、挠性轴、支柱、顶板、底板；其中，摆臂主体与枢轴固定相对静止，枢轴上下两侧通过轴套分别连接挠性轴并定位于顶板和底板的中心，支柱位于枢轴两侧固定于顶板和底板之间；枢轴穿过摆臂主体上的枢轴固定孔。摆臂主体靠近位移传感器的一端，其内侧设有工字形的伸缩槽，伸缩臂设置为与该伸缩槽相配合的工字形结构并可沿伸缩槽滑动；摆臂主体的另一端上提供配重移动槽使放置在摆臂主体上的配重配合伸缩臂滑动。进一步的，枢轴固定孔的孔径大于摆臂主体的内侧宽度。优选的。枢轴固定孔的孔径大于摆臂主体内侧宽度6mm。进一步的，摆臂主体与枢轴通过对称于摆臂主体水平中心面的两个螺栓穿透固定。进一步的，摆臂主体与伸缩臂之间为嵌套式结构，摆臂长度变化范围为460～560mm，在伸缩槽两侧距离枢轴中心240mm处各设有1个螺纹孔，根据测量分辨率要求确定伸缩臂在伸缩槽内移动的距离后，分别于两侧的螺纹孔用紧固螺钉将伸缩臂固定在伸缩槽内，保证测试过程中伸缩臂与摆臂主体无相对位移；此外，伸缩臂前端设有螺纹孔用于固定微推力待测装置。进一步的，配重在配重移动槽内移动的可移动距离为40mm，所述的配重通过在底端设置的螺母及垫片与摆臂主体紧固。进一步的，挠性轴分别通过挠性轴套和挠性轴底座将枢轴与底板相连。进一步的，顶板上设有挠性轴定位孔与挠性轴通过紧固螺钉紧固，顶板上设有螺栓定位孔，其孔径大于支柱螺栓固定孔径4mm，即顶板与支柱在接触平面任意方向形成2mm的微调间隙。所述标定系统根据平行轴定理，在枢轴中心两侧对称位置放置两相同圆柱形金属块，将摆臂拨动一定角度偏离平衡位置后释放，通过测试摆动过程数据间接标定转动惯量。进一步的，所使用挠性轴型号为RIVERHAWK5016-800。进一步的，所使用的阻尼器为从长春市英普磁电技术开发有限公司定制的阻尼试验磁场源，由磁极和阻尼片组成。两个圆柱形磁极由专门用作电磁铁磁芯的软铁制成，直径为10mm。两磁极安装在相对的位置，其间距离约4mm。阻尼片由1mm厚的紫铜片切割而成，安装在摆臂的一端。阻尼器所使用的恒流源型号为AgilentE3633A。进一步的，所使用的激光位移传感器型号为ThinkfocusCD5-30A，安装距离为30mm，量程为±5mm，精度为0.46μm，采样率可调，最高为10000Hz。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)可实现μN～mN量级的微推力测试；(2)摆臂为可伸缩式，通过对摆臂长度的调节可满足不同连续测试精度的需求，且伸缩臂伸出后可实现不同尺寸微推力器的装载测试；(3)配重砝码采用国家标准砝码规格，配重平台可在摆臂末端对应移动槽内滑动，易于配合摆臂长度伸缩实现装置调平；(4)可通过微调顶板有效减小枢轴安装的偏心误差，提高测试精度；(5)该装置枢轴与摆臂的固定方式可保证摆臂在宽度方向的水平；(6)装置结构简单，体积小，可放置于定制的真空环境进行测试。附图说明图1是本专利技术测试装置的整体示意图。图2是本专利技术测试装置的摆臂主体示意图。图3是本专利技术测试装置的伸缩臂示意图。图4是本专利技术测试装置的挠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精度可调的扭摆式微推力测试装置，包括：在工作平台(11)上依次设置的位移传感器(10)、装置主体、配重(8)、电磁阻尼器(9)，其特征在于：装置主体为扭摆，具体为：摆臂主体(1)、伸缩臂(2)、枢轴(3)、挠性轴(4)、支柱(5)、顶板(6)、底板(7)；其中，摆臂主体(1)与枢轴(3)固定相对静止，枢轴(3)上下两侧通过轴套分别连接挠性轴(4)并定位于顶板(6)和底板(7)的中心，支柱(5)位于枢轴(3)两侧固定于顶板(6)和底板(7)之间；摆臂主体(1)靠近位移传感器的一端，其内侧设有工字形的伸缩槽(12)，伸缩臂(2)设置为与该伸缩槽(12)相配合的工字形结构并可沿伸缩槽(12)滑动；摆臂主体(1)的另一端上提供配重移动槽(14)使放置在摆臂主体(1)上的配重(8)配合伸缩臂(2)滑动。

【技术特征摘要】
1.一种精度可调的扭摆式微推力测试装置，包括：在工作平台(11)上依次设置的位移传感器(10)、装置主体、配重(8)、电磁阻尼器(9)，其特征在于：装置主体为扭摆，具体为：摆臂主体(1)、伸缩臂(2)、枢轴(3)、挠性轴(4)、支柱(5)、顶板(6)、底板(7)；其中，摆臂主体(1)与枢轴(3)固定相对静止，枢轴(3)上下两侧通过轴套分别连接挠性轴(4)并定位于顶板(6)和底板(7)的中心，支柱(5)位于枢轴(3)两侧固定于顶板(6)和底板(7)之间；摆臂主体(1)靠近位移传感器的一端，其内侧设有工字形的伸缩槽(12)，伸缩臂(2)设置为与该伸缩槽(12)相配合的工字形结构并可沿伸缩槽(12)滑动；摆臂主体(1)的另一端上提供配重移动槽(14)使放置在摆臂主体(1)上的配重(8)配合伸缩臂(2)滑动。2.根据权利要求1所述的微推力测试装置，其特征在于：所述的枢轴(3)穿过摆臂主体(1)上的枢轴固定孔(13)。3.根据权利要求1或2所述的微推力测试装置，其特征在于：所述的枢轴固定孔(13)的孔径大于摆臂主体(1)的内侧宽度。4.根据权利要求3所述的微推力测试装置，其特征在于：所述的枢轴固定孔(13)的孔径大于摆臂主体(1)内侧宽度6mm。5.根据权利要求1所述的微推力测试装置，其特征在于：所述的摆臂主体(1)与枢轴(3)通过对称于摆臂主体(1)水平中心面的两个螺栓穿透固定。6.根据权利要求1所述的微推力测试装置，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立志，章皓男，胡蓬，郭宁，何念栢，沈瑞琪，吴修伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，上海新力动力设备研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32