一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置，可測試μN～mN量級的微推力，該裝置包括在工作平臺上依次設置的位移傳感器、扭擺、配重、電磁阻尼器。本發明專利技術提供的扭擺擺臂為可伸縮式，通過對擺臂長度的調節可滿足不同連續測試精度的需求，且伸縮臂伸出后可實現不同尺寸待測微推力裝置的裝載測試。設定扭擺頂板處螺栓定位孔徑大于支柱螺栓固定孔徑，通過微調頂板可有效減小樞軸安裝的偏心誤差，提高測試精度。該裝置結構簡單，體積小，可放置于真空環境進行測試，測量帶寬大，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.

【技術實現步驟摘要】
一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置
本專利技術涉及微推力測試領域，具體涉及一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置。
技術介紹
對于空間探索，科學家們的主要工作集中于研制大推力的發動機來滿足動力需求。近些年，隨著MEMS(微機電系統)技術的迅速崛起，質量在1～100kg級的微納衛星因具有制作和發射成本低、周期短、隱身性好、機動性好等特點而迅速崛起。微推力器是微納衛星姿態控制、軌道保持以及機動的重要執行元件，要求產生較小的推力且達到較高的精度。微推力是體現微推力器技術性能和可靠性的重要參數，所以微推力測試成為了微推力器研制的關鍵技術。常用的微推力測試平臺有天平型、單擺型、懸絲型、扭擺型等。天平型測試平臺可以將重力與推力分離，消除重力的影響，而且天平處于動態平衡狀態，靈敏度高，但該結構分別率有限；單擺型測試平臺可以通過將導線、靶材供給線路等安裝于擺臂內等結構設計方法來減小這些部分對測試結果的影響，但無法消除重力對測試結果的影響，精度也不是很高；懸絲型測試平臺精度高，體積小，但對環境的擾動反應較靈敏。目前，國內外比較成熟的測試技術是天平型和單擺型，但只能滿足mN～N量級的測試要求。而扭擺型平臺可實現推力與重力分離，可測微推力器質量大，精度高，可滿足更小量級微推力的測試。國外最先開始對扭擺式測試平臺進行研制。2004年，日本東京大學新能源部H.Koizumi團隊在《JournalofAppliedPhysics–ReviewofScientificInstruments》期刊中發表了題為《Developmentofthruststandforlowimpulsemeasurementfrommicrothrusters》的論文。文中提到一種扭擺式微沖量測試裝置，該裝置包括傳感器、阻尼器、撓性軸、工字型擺臂、配重等結構，適用于脈沖等離子體微推力器和激光燒蝕微推力器，結構簡單，測試精度為2.1mN。但該裝置擺臂與中心樞軸固定接觸面較小，難以消除擺臂與樞軸不完全垂直帶來的誤差。國內關于扭擺型微推力測試裝置的研制始于近幾年。2011年公開的中國科學院廣州能源研究所岑繼文等人的專利技術專利(公開號：CN102169035A)涉及一種扭擺式高精度微推力測試系統，利用下方的石蠟固化杯使撓性軸下端固定，利用連接線連接撓性軸上端以便調整撓性軸豎直放置。該裝置體積小，使用方便。但用于調整位置的撓性軸上方連接線在測試過程中易收到外部擾動而引入測試誤差。2016年公開的中國科學院力學研究所李飛等人的專利技術專利(公開號：CN105784237A)涉及一種微推力測試系統及方法，可通過工控機控制升降臺高度，測試給定加載下的擺推理響應從而實現穩態在線標定，適用1～1000mN的微推力測試，測試帶寬大、精度高。但該裝置中兩個撓性軸上下放置位置固定，若存在偏心誤差則無法調整。同年公開的中國人民解放軍裝備學院葉繼飛等人的專利技術專利(公開號：CN106092399A)涉及一種基于扭秤的航天微推力器沖量測試臺，包括測試臺座、扭秤臺、標定器和線位移測試器四部分，系統載荷承重大，分辨能力強，測試精度高，測試周期短，能夠實現kg級航天微推力器微沖量測試。但該裝置得擺臂長度變換是間斷的，不能實現某個范圍內連續的精度變化需求。根據目前國內外研究進展，扭擺式微推力測試裝置的研制存在以下問題：(1)測試范圍多在mN～N量級，難以滿足μN～mN量級微推力測試；(2)擺臂長度大多固定，配重位置固定，測試精度因而單一固定；(3)大多使用兩個撓性軸，沒有明確的方法減小兩個軸安裝時的偏心誤差；(4)沒有解決可能產生的擺臂在寬度方向未達到水平引入的扭轉誤差；(5)測試平臺難以很好地滿足不同質量、推力量級的微推力器的裝載測試。
技術實現思路
本專利技術技術目的在于：設置擺臂長度可連續變化，配重位置可連續調整，適應不同測試精度需求，修正安裝時可能產生的轉軸偏心誤差，裝置體積小，可放置于真空環境，實現μN～mN量級微推力測試，提高測試精度。本專利技術的具體技術方案為：一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置，包括在工作平臺上依次設置的位移傳感器、裝置主體、配重、電磁阻尼器，裝置主體為扭擺，具體為：擺臂主體、伸縮臂、樞軸、撓性軸、支柱、頂板、底板；其中，擺臂主體與樞軸固定相對靜止，樞軸上下兩側通過軸套分別連接撓性軸并定位于頂板和底板的中心，支柱位于樞軸兩側固定于頂板和底板之間；樞軸穿過擺臂主體上的樞軸固定孔。擺臂主體靠近位移傳感器的一端，其內側設有工字形的伸縮槽，伸縮臂設置為與該伸縮槽相配合的工字形結構并可沿伸縮槽滑動；擺臂主體的另一端上提供配重移動槽使放置在擺臂主體上的配重配合伸縮臂滑動。進一步的，樞軸固定孔的孔徑大于擺臂主體的內側寬度。優選的。樞軸固定孔的孔徑大于擺臂主體內側寬度6mm。進一步的，擺臂主體與樞軸通過對稱于擺臂主體水平中心面的兩個螺栓穿透固定。進一步的，擺臂主體與伸縮臂之間為嵌套式結構，擺臂長度變化范圍為460～560mm，在伸縮槽兩側距離樞軸中心240mm處各設有1個螺紋孔，根據測量分辨率要求確定伸縮臂在伸縮槽內移動的距離后，分別于兩側的螺紋孔用緊固螺釘將伸縮臂固定在伸縮槽內，保證測試過程中伸縮臂與擺臂主體無相對位移；此外，伸縮臂前端設有螺紋孔用于固定微推力待測裝置。進一步的，配重在配重移動槽內移動的可移動距離為40mm，所述的配重通過在底端設置的螺母及墊片與擺臂主體緊固。進一步的，撓性軸分別通過撓性軸套和撓性軸底座將樞軸與底板相連。進一步的，頂板上設有撓性軸定位孔與撓性軸通過緊固螺釘緊固，頂板上設有螺栓定位孔，其孔徑大于支柱螺栓固定孔徑4mm，即頂板與支柱在接觸平面任意方向形成2mm的微調間隙。所述標定系統根據平行軸定理，在樞軸中心兩側對稱位置放置兩相同圓柱形金屬塊，將擺臂撥動一定角度偏離平衡位置后釋放，通過測試擺動過程數據間接標定轉動慣量。進一步的，所使用撓性軸型號為RIVERHAWK5016-800。進一步的，所使用的阻尼器為從長春市英普磁電技術開發有限公司定制的阻尼試驗磁場源，由磁極和阻尼片組成。兩個圓柱形磁極由專門用作電磁鐵磁芯的軟鐵制成，直徑為10mm。兩磁極安裝在相對的位置，其間距離約4mm。阻尼片由1mm厚的紫銅片切割而成，安裝在擺臂的一端。阻尼器所使用的恒流源型號為AgilentE3633A。進一步的，所使用的激光位移傳感器型號為ThinkfocusCD5-30A，安裝距離為30mm，量程為±5mm，精度為0.46μm，采樣率可調，最高為10000Hz。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：(1)可實現μN～mN量級的微推力測試；(2)擺臂為可伸縮式，通過對擺臂長度的調節可滿足不同連續測試精度的需求，且伸縮臂伸出后可實現不同尺寸微推力器的裝載測試；(3)配重砝碼采用國家標準砝碼規格，配重平臺可在擺臂末端對應移動槽內滑動，易于配合擺臂長度伸縮實現裝置調平；(4)可通過微調頂板有效減小樞軸安裝的偏心誤差，提高測試精度；(5)該裝置樞軸與擺臂的固定方式可保證擺臂在寬度方向的水平；(6)裝置結構簡單，體積小，可放置于定制的真空環境進行測試。附圖說明圖1是本專利技術測試裝置的整體示意圖。圖2是本專利技術測試裝置的擺臂主體示意圖。圖3是本專利技術測試裝置的伸縮臂示意圖。圖4是本專利技術測試裝置的撓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置，包括：在工作平臺(11)上依次設置的位移傳感器(10)、裝置主體、配重(8)、電磁阻尼器(9)，其特征在于：裝置主體為扭擺，具體為：擺臂主體(1)、伸縮臂(2)、樞軸(3)、撓性軸(4)、支柱(5)、頂板(6)、底板(7)；其中，擺臂主體(1)與樞軸(3)固定相對靜止，樞軸(3)上下兩側通過軸套分別連接撓性軸(4)并定位于頂板(6)和底板(7)的中心，支柱(5)位于樞軸(3)兩側固定于頂板(6)和底板(7)之間；擺臂主體(1)靠近位移傳感器的一端，其內側設有工字形的伸縮槽(12)，伸縮臂(2)設置為與該伸縮槽(12)相配合的工字形結構并可沿伸縮槽(12)滑動；擺臂主體(1)的另一端上提供配重移動槽(14)使放置在擺臂主體(1)上的配重(8)配合伸縮臂(2)滑動。

【技術特征摘要】
1.一種精度可調的扭擺式微推力測試裝置，包括：在工作平臺(11)上依次設置的位移傳感器(10)、裝置主體、配重(8)、電磁阻尼器(9)，其特征在于：裝置主體為扭擺，具體為：擺臂主體(1)、伸縮臂(2)、樞軸(3)、撓性軸(4)、支柱(5)、頂板(6)、底板(7)；其中，擺臂主體(1)與樞軸(3)固定相對靜止，樞軸(3)上下兩側通過軸套分別連接撓性軸(4)并定位于頂板(6)和底板(7)的中心，支柱(5)位于樞軸(3)兩側固定于頂板(6)和底板(7)之間；擺臂主體(1)靠近位移傳感器的一端，其內側設有工字形的伸縮槽(12)，伸縮臂(2)設置為與該伸縮槽(12)相配合的工字形結構并可沿伸縮槽(12)滑動；擺臂主體(1)的另一端上提供配重移動槽(14)使放置在擺臂主體(1)上的配重(8)配合伸縮臂(2)滑動。2.根據權利要求1所述的微推力測試裝置，其特征在于：所述的樞軸(3)穿過擺臂主體(1)上的樞軸固定孔(13)。3.根據權利要求1或2所述的微推力測試裝置，其特征在于：所述的樞軸固定孔(13)的孔徑大于擺臂主體(1)的內側寬度。4.根據權利要求3所述的微推力測試裝置，其特征在于：所述的樞軸固定孔(13)的孔徑大于擺臂主體(1)內側寬度6mm。5.根據權利要求1所述的微推力測試裝置，其特征在于：所述的擺臂主體(1)與樞軸(3)通過對稱于擺臂主體(1)水平中心面的兩個螺栓穿透固定。6.根據權利要求1所述的微推力測試裝置，其特征在于：所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳立志，章皓男，胡蓬，郭寧，何念栢，沈瑞琪，吳修偉，
申請(專利權)人：南京理工大學，上海新力動力設備研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇,32