一種適用于微小型推進器的可變量程推力測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于力的測量技術領域，涉及一種適用于微小型推進器的推力測量裝置。
【背景技術】
[0002]在小衛星技術蓬勃發展的今天，適用于小衛星姿軌控的微小型推進器推力測量一直是重要的探索方向。推力的高精度測量對推進器的設計、驗證和應用有著非常重要的作用。然而，微小型推進器(比如冷氣推進器、激光燒蝕推進器等)的推力輸出較小，一般在百毫牛量級以下，甚至達到幾百微牛或幾十微牛，這對微小推力測量提出了較大的挑戰:(I)推進器推重比非常小。相對于推進裝置及其相關設備的重量，所測量的推力非常小。有時，推進裝置的重量甚至超過1kg(?100N)，而所測的力小于lmN。若其測量誤差為1%，則推力測量誤差絕對值僅為0.0lmN,與重量之比為10 7，對測量系統的設計提出了很高的要求。
(2)影響因素眾多。對于微小推力，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測量結果產生影響，對測量環境和方法提出了很高的要求。
(3)真空環境下測量。為了模擬真實的微推進器工作環境，需要在真空艙中完成各種操作和測量，并且承受高溫和低溫的沖擊，對數據傳輸和測量方法以及測量系統的結構都提出了很高的要求。
[0003]面對微小推力測量的挑戰，采用何種測量方法、如何進行結構設計、如何消除各種因素的影響以及如何實施推力測量，達到高精度、易操作、通用性強的目的，是本領域技術人員極為關注的技術問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是設計一種適用于微小型推進器的可變量程推力測量裝置，采用水平扭轉的執行機構消除重力的影響，采用整機掛載的方式消除管線的影響，采用無線遙控的方式和可遠程控制的關鍵部件設計方式實現真空環境中的測量操作，采用外部接口一致的樞軸套件實現微小型推進器推力測量的通用性。
[0005]本發明的具體技術方案為:可變量程推力測量裝置包括工作底板、固定豎梁、活動豎梁、樞軸套件組合、刀口架、活動橫梁、位移測量裝置、音圈標定裝置和阻尼裝置。
[0006]活動橫梁是整個測量裝置的關鍵執行部件，和活動豎梁栓連在一起，并在水平面內無摩擦轉動。活動橫梁一端安裝推進器，另一端安裝推進器的供應系統和遙控系統，并且利用配重塊使橫梁在垂直方向所受力矩平衡，使得推進器的推力與推進器及相關裝置的重力分離，并且通過整機掛載推進器的方式完全消除管線對推力測量的影響。
[0007]活動橫梁在水平面內轉動的角度采用位移傳感器測量，所采用的位移傳感器為無接觸測量，配備專用的真空轉接件，可以在真空環境下使用。標定裝置采用音圈和永磁鐵，永磁鐵安裝在活動橫梁上，音圈采用獨特的卡鎖支架和永磁鐵同軸安裝，當音圈通一特定的電流，音圈和電磁鐵之間產生一定的電磁力，該標定裝置為無接觸設計，可以遠程控制，適合真空環境使用。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，也適合真空環境使用。整個工作過程中，推進器的控制采用無線遙控方式實現，位移測量、標定和阻尼均可以遠程控制，整套裝置可完全工作在真空模擬環境中。
[0008]為了對微小推力器具有較強的通用性，整個測量裝置配備了五套外部接口一致的樞軸套件組合，使得推力測量范圍分別為O?100μΝ、0?500 μΝ、0?lmN、0?5OmN和O?lOOmN，達到可變量程進行高精度推力測量的目的。本發明的優勢是:
[0009]1.精度較高。采用水平扭轉的擺式結構完全消除重力的影響，采用推進器整機掛載的方式完全避免推進器與外部的管線連接，極大提高測量精度。
[0010]2.結構靈活。橫梁采用方管多孔結構，便于推進器等裝置的安裝及位置調整，音圈和位移傳感器采用平移臺作為安裝基座，便于位置調整和器件保護，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。推進器可遠程無線控制，關鍵部件可遠程有線控制，系統控制和數據傳輸較為方便，使得整套裝置可在真實的微小推進器工作環境中工作。
[0012]4.通用性強。采用樞軸套件實現10mN以下五個檔位推力測量，滿足不同量級、不同類型推進器的連續推力和脈沖平均推力測量。
【附圖說明】
[0013]圖1為推力測量裝置外部結構圖；
[0014]圖2為固定豎梁結構圖；
[0015]圖3A為樞軸套件組合結構圖；
[0016]圖3B為樞軸套件組合側視圖；
[0017]圖4為刀口架結構圖；
[0018]圖5為活動橫梁結構圖；
[0019]圖6為位移測量裝置結構圖；
[0020]圖7為音圈標定裝置結構圖；
[0021]圖8為阻尼裝置結構圖。
[0022]圖中:1_工作底板；2_固定豎梁；3_活動豎梁；4_樞軸套件組合；5_刀口架；6-活動橫梁；7_位移測量裝置；8_音圈標定裝置；9_阻尼裝置；201、202_過載保護栓；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_手動平移臺；801_音圈；802_音圈支架；803_手動平移臺；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。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對推力測量裝置本發明作進一步的詳細說明描述。
[0024]請參見圖1所示，推力測量裝置包括工作底板(I)、固定豎梁(2)、活動豎梁(3)、樞軸套件組合(4)、刀口架(5)、活動橫梁(6)、位移測量裝置(7)、音圈標定裝置(8)和阻尼裝置(9);工作底板(I)通過四個螺栓進行調平；固定豎梁(2)安裝在工作底板(I)上，并且裝有過載保護栓(201、202)，請參見圖2所示。
[0025]請參見圖3A、圖3B所示，樞軸套件組合(4)由四個樞軸套(401、402、403、404)和兩個樞軸(405、406)組成，樞軸套圓形凹槽的直徑與樞軸直徑相同，每個樞軸兩端分別由一個樞軸套采用卡鎖的方式安裝，每兩個樞軸套(401、403和402、404)分別安裝在活動豎梁⑶和固定豎梁⑵上。
[0026]請參見圖4所示，刀口架(5)安裝在活動豎梁(3)上，并且安裝刀承(501)。
[0027]請參見圖5所示，活動橫梁(6)采用方管結構，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，在安裝好推進器及其供應和遙控裝置后，對活動橫梁(6)進行配平，配平完畢后，與活動豎梁(3)和刀口架(5)栓接在一起。
[0028]請參見圖6所示，位移測量裝置(7)由位移傳感器(701)、傳感器支架(702)和手動平移臺(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)安裝在手動平移臺(703)上，手動平移臺(703)安裝在工作底板(I)上。
[0029]請參見圖7所示，音圈標定裝置⑶由音圈(801)、音圈支架(802)、手動平移臺(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)安裝在手動平移臺(803)上，手動平移臺(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)安裝在活動橫梁(6)上。
[0030]請參見圖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)內側，永磁鐵架(903)安裝在工作底板(I)上。
[0031]為了完全消除推進器管路和線路對測量的影響，對推進器的供應系統和控制系統高度集成，并采用遙控方式控制推進器。活動橫梁(6)裝有阻尼裝置(9)的一端安裝推進