竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及弱力测试技术领域，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法。本发明专利技术的竖直摆式微小推力测试台装置，包括真空容器、测试台框架、竖直摆摆体、反馈音圈电机、标定音圈电机以及微位移测量仪，竖直摆摆体下端设有推进器；通过上述方式，竖直摆摆体处于平衡状态时，推进器与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的微推进力和反馈弱力具有线性关系，在保证测试精度的条件下，简化了结构以及操作方法；并且，竖直摆摆体处于平衡状态时，标定音圈电机与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的标准弱力和反馈弱力方向具有线性关系，标定音圈电机可以对反馈音圈电机的反馈弱力进行标定，保证了装置的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法
本专利技术涉及弱力测试
，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置、标定方法及弱力测试方法。
技术介绍
分辨率在微牛顿量级及更高精度的微推进器在高精度太空实验中有重要应用。在高精度的深空探测、空间卫星编队飞行等空间任务中，对卫星的姿态控制和轨道控制的精度要求越来越高，而控制的执行器即是高精度空间微推进器，它是空间任务极其重要的组成部分，其性能也决定了空间任务的执行质量甚至成败。另外，空间引力波探测计划、卫星重力场测量、空间等效原理检验、空间微重力隔振等项目中，还需要用微推进器对卫星或局部载荷受到的非引力扰动进行实时补偿，进行所谓的无拖曳控制。而地面性能评估测试和精度标定是微推进器发展的必由之路，也是其空间应用的前提条件之一。应用于空间任务的高精度微推进器的地面测试是一件困难的事情。原因在于：地面测试无法避免1g0地表重力加速度的影响，对于微推进器而言(通常质量在公斤量级)，所受到的重力是地面测试中不可避免的背景力，而需要测试的微弱推力仅为其重力的106～108分之一！另外，普通实验室地面的地表震动噪声(seismicnoise)可以达到10-5m/s2甚至更大，也是亚微牛顿精度的微推力测试和标定的主要限制因素之一。为了在地面实现亚微牛顿级的精密微推力测试和标定，多个国家的研究团队提出了不同的测试方案。(Meas.Sci.Technol.17,2006,711；IEPC-2009-236)，大都是基于扭称、单摆、倒摆等原理构建对弱力灵敏的机械结构，结合精密位移传感器进行弱力标定。其中法国onera的测试方案和德国airbus的测试方案的基本原理均是采用含有配平质量的竖直摆方案，前者用加速度计测量地面震动并在数据处理中扣除相应误差，后者用两个名义上相同的摆做位移差分测量，该方案潜在分辨率高、控制带宽达到10Hz而从众多方案中脱颖而出，并得到了长足发展。而在国内，针对微推进器尚没有兼具高分辨率又具有赫兹量级测量带宽的测量方案的公开报道。为了在地面实验室获得高的微弱推力测试和标定精度，常用共模抑制的思想(即差分测量的方案)来抑制地面震动、环境温度波动等噪声。法国航空航天局(ONERA)在测试框架上安装加速度计，同步测量地面震动并通过摆的传递函数进行扣除，该方法中的噪声扣除精度受传递函数精度和加速度计噪声的限制，且对其他环境扰动噪声没有共模抑制能力。德国空客公司提出在同一个框架上构建两个名义上相同的摆，差分测量两个摆的位移，从而扣除共模噪声。不管该微推测量摆工作在开环或闭环模式下，该方法的共模抑制比都依赖于摆的传递函数的获取和匹配精度，该匹配在一定程度上限制了测量精度。另外，上述方案中，其转轴还用于给摆体上的部件供电。从而，该方案在减少导线带来的不确定噪声的同时，电流的热效应会改变转轴的温度和刚度的稳定性，从而不利于抑制与温度相关的漂移。对于脉冲式推进器的冲量的测量，需要测试台具有尽可能小的阻尼系数，上述阻尼摆工作于临界阻尼或过阻尼状态，并不适用于这种情况。尽管现有技术CN201410647212.9已做过研究，但该装置未使用配平体等手段，在推进器重力引起的较大刚度作用下，一定的冲量引起的摆角位移会偏小，且对地面没有隔振效果，会在一定程度上限制测试精度。因此，有必要提供一种新的竖直摆式微小推力测试台装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种竖直摆式微小推力测试台装置及用于弱力测试的标定方法，以解决现有技术中测量精度低以及结构复杂的技术问题。本专利技术的技术方案如下：提供一种竖直摆式微小推力测试台装置，包括具有容纳腔的真空容器、设于所述容纳腔内并固定于所述真空容器内壁的外框以及设于所述外框的一个或两个测试台单元；其中，所述测试台单元包括：固定于所述外框的测试台框架，包括沿竖直方向延伸的第一框体以及与所述第一框体垂直设置的第二框体；通过转轴可转动连接于所述第二框体的竖直摆摆体，所述竖直摆摆体与所述第一框体平行间隔设置；设于所述竖直摆摆体的推进器，所述推进器位于所述第二框体的下方或上方；位于所述第二框体下方或下方的标定音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第一永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第一永久磁铁相对的区域中的第一线圈；位于所述第二框体上方或上方的反馈音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第二永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第二永久磁铁相对的区域中的第二线圈；设于所述第一框体并与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪。优选地，所述测试台单元还包括：悬球标定组件，包括设于所述第二框体并能沿所述第二框体移动的微纳米平移台、一端设于所述微纳米平移台的悬线、设于所述悬线另一端的标定球以及固定于所述竖直摆摆体上的摆体标定板，所述摆体标定板包括与所述第二框体垂直且彼此相对的第一端面和第二端面，所述微纳米平移台沿着所述第二框体移动，使所述标定球与所述第一端面或所述第二端面接触，进而对所述竖直摆摆体施加弱力。优选地，所述测试台单元还包括：磁阻尼器，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体和设于所述竖直摆摆体的顶端并与所述第三永磁体配合的导体；或者，所述竖直摆摆体由金属材料制成，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体，所述第三永磁体与所述竖直摆摆体的顶端相对设置。优选地，所述测试台单元还包括：活动设于所述竖直摆摆体的升降配平体，通过调节所述升降配平体在所述竖直摆摆体上的位置以调节所述竖直摆摆体和所述测试台框架的刚度；和/或，设于所述竖直摆摆体并靠近所述推进器设置的阻热板，用于阻隔所述推进器工作时产生的气流和热量。优选地，所述测试台框架还包括与所述第一框体和所述第二框体均垂直的第三框体；所述测试台单元还包括：设于所述竖直摆摆体并与所述第三框体平行设置的固定板；以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组片簧，所述片簧的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。优选地，所述装置还包括：设于所述真空容器上的真空法兰和真空管；设于所述外框的测试台电缆接口；通过所述真空法兰伸入所述真空容器中并通过所述测试台电缆接口分别与所述推进器、所述标定音圈电机、所述反馈音圈电机以及所述微位移测量仪电连接的电缆；所述测试台单元还包括：以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组转轴导线，所述转轴导线的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。本专利技术的另一技术方案如下：提供一种用于弱力测试的标定方法，用于对上述的竖直摆式微小推力测试台装置进行标定，所述标定方法包括：调节标定音圈电机中第一线圈的电流，使通电的第一线圈在第一永久磁体的磁场作用下对竖直摆摆体施加第一标准弱力；调节反馈音圈电机中第二线圈的电流，使通电的第二线圈在第二永久磁体的磁场作用下对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，包括具有容纳腔的真空容器、设于所述容纳腔内并固定于所述真空容器内壁的外框以及设于所述外框的一个或两个测试台单元；/n其中，所述测试台单元包括：/n固定于所述外框的测试台框架，包括沿竖直方向延伸的第一框体以及与所述第一框体垂直设置的第二框体；/n通过转轴可转动连接于所述第二框体的竖直摆摆体，所述竖直摆摆体与所述第一框体平行间隔设置；/n设于所述竖直摆摆体的推进器，所述推进器位于所述第二框体的下方或上方；/n位于所述第二框体下方或上方的标定音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第一永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第一永久磁铁相对的区域中的第一线圈；/n位于所述第二框体上方或下方的反馈音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第二永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第二永久磁铁相对的区域中的第二线圈；/n设于所述第一框体并与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，包括具有容纳腔的真空容器、设于所述容纳腔内并固定于所述真空容器内壁的外框以及设于所述外框的一个或两个测试台单元；
其中，所述测试台单元包括：
固定于所述外框的测试台框架，包括沿竖直方向延伸的第一框体以及与所述第一框体垂直设置的第二框体；
通过转轴可转动连接于所述第二框体的竖直摆摆体，所述竖直摆摆体与所述第一框体平行间隔设置；
设于所述竖直摆摆体的推进器，所述推进器位于所述第二框体的下方或上方；
位于所述第二框体下方或上方的标定音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第一永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第一永久磁铁相对的区域中的第一线圈；
位于所述第二框体上方或下方的反馈音圈电机，包括配设在所述第一框体的与所述竖直摆摆体相对的面上的第二永久磁铁和配设在所述竖直摆摆体的与所述第二永久磁铁相对的区域中的第二线圈；
设于所述第一框体并与所述竖直摆摆体相对的微位移测量仪。


2.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：
悬球标定组件，包括设于所述第二框体并能沿所述第二框体移动的微纳米平移台、一端设于所述微纳米平移台的悬线、设于所述悬线另一端的标定球以及固定于所述竖直摆摆体上的摆体标定板，所述摆体标定板包括与所述第二框体垂直且彼此相对的第一端面和第二端面，所述微纳米平移台沿着所述第二框体移动，使所述标定球与所述第一端面或所述第二端面接触，进而对所述竖直摆摆体施加弱力。


3.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：
磁阻尼器，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体和设于所述竖直摆摆体的顶端并与所述第三永磁体配合的导体；或者，所述竖直摆摆体由金属材料制成，所述磁阻尼器包括设于所述第一框体的第三永磁体，所述第三永磁体与所述竖直摆摆体的顶端相对设置。


4.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台单元还包括：
活动设于所述竖直摆摆体的升降配平体，通过调节所述升降配平体在所述竖直摆摆体上的位置以调节所述竖直摆摆体和所述测试台框架的刚度；
和/或，设于所述竖直摆摆体并靠近所述推进器设置的阻热板，用于阻隔所述推进器工作时产生的气流和热量。


5.根据权利要求1所述的竖直摆式微小推力测试台装置，其特征在于，所述测试台框架还包括与所述第一框体和所述第二框体均垂直的第三框体；
所述测试台单元还包括：
设于所述竖直摆摆体并与所述第三框体平行设置的固定板；
以所述竖直摆摆体为对称轴分别对称设于所述竖直摆摆体两侧的两组片簧，所述片簧的其中一端设于所述第三框体、另一端设于所述固定板。


6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂海波，刘坤，孙恒，胡明，柳林涛，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42