【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
豎直擺式微小推力測試臺裝置
[0001]本技術(shù)涉及弱力測試
，具體涉及一種豎直擺式微小推力測試臺裝置。
技術(shù)介紹
[0002]分辨率在微牛頓量級及更高精度的微推進(jìn)器在高精度太空實驗中有重要應(yīng)用。在高精度的深空探測、空間衛(wèi)星編隊飛行等空間任務(wù)中，對衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道控制的精度要求越來越高，而控制的執(zhí)行器即是高精度空間微推進(jìn)器，它是空間任務(wù)極其重要的組成部分，其性能也決定了空間任務(wù)的執(zhí)行質(zhì)量甚至成敗。另外，空間引力波探測計劃、衛(wèi)星重力場測量、空間等效原理檢驗、空間微重力隔振等項目中，還需要用微推進(jìn)器對衛(wèi)星或局部載荷受到的非引力擾動進(jìn)行實時補償，進(jìn)行所謂的無拖曳控制。
[0003]而地面性能評估測試和精度標(biāo)定是微推進(jìn)器發(fā)展的必由之路，也是其空間應(yīng)用的前提條件之一。
[0004]應(yīng)用于空間任務(wù)的高精度微推進(jìn)器的地面測試是一件困難的事情。原因在于：地面測試無法避免1g0地表重力加速度的影響，對于微推進(jìn)器而言(通常質(zhì)量在公斤量級)，所受到的重力是地面測試中不可避免的背景力，而需要測試的微弱推力僅為其重力的106～108分之一！另外，普通實驗室地面的地表震動噪聲(seismic noise)可以達(dá)到10
?5m/s2甚至更大，也是亞微牛頓精度的微推力測試和標(biāo)定的主要限制因素之一。
[0005]為了在地面實現(xiàn)亞微牛頓級的精密微推力測試和標(biāo)定，多個國家的研究團(tuán)隊提出了不同的測試方案。(Meas.Sci.Technol.17,2006,711；IEPC
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2009>?
236)，大都是基于扭稱、單擺、倒擺等原理構(gòu)建對弱力靈敏的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)合精密位移傳感器進(jìn)行弱力標(biāo)定。其中法國onera的測試方案和德國airbus的測試方案的基本原理均是采用含有配平質(zhì)量的豎直擺方案，前者用加速度計測量地面震動并在數(shù)據(jù)處理中扣除相應(yīng)誤差，后者用兩個名義上相同的擺做位移差分測量，該方案潛在分辨率高、控制帶寬達(dá)到10Hz而從眾多方案中脫穎而出，并得到了長足發(fā)展。而在國內(nèi)，針對微推進(jìn)器尚沒有兼具高分辨率又具有赫茲量級測量帶寬的測量方案的公開報道。
[0006]為了在地面實驗室獲得高的微弱推力測試和標(biāo)定精度，常用共模抑制的思想(即差分測量的方案)來抑制地面震動、環(huán)境溫度波動等噪聲。法國航空航天局(ONERA)在測試框架上安裝加速度計，同步測量地面震動并通過擺的傳遞函數(shù)進(jìn)行扣除，該方法中的噪聲扣除精度受傳遞函數(shù)精度和加速度計噪聲的限制，且對其他環(huán)境擾動噪聲沒有共模抑制能力。德國空客公司提出在同一個框架上構(gòu)建兩個名義上相同的擺，差分測量兩個擺的位移，從而扣除共模噪聲。不管該微推測量擺工作在開環(huán)或閉環(huán)模式下，該方法的共模抑制比都依賴于擺的傳遞函數(shù)的獲取和匹配精度，該匹配在一定程度上限制了測量精度。
[0007]另外，上述方案中，其轉(zhuǎn)軸還用于給擺體上的部件供電。從而，該方案在減少導(dǎo)線帶來的不確定噪聲的同時，電流的熱效應(yīng)會改變轉(zhuǎn)軸的溫度和剛度的穩(wěn)定性，從而不利于抑制與溫度相關(guān)的漂移。
[0008]對于脈沖式推進(jìn)器的沖量的測量，需要測試臺具有盡可能小的阻尼系數(shù)，上述阻尼擺工作于臨界阻尼或過阻尼狀態(tài)，并不適用于這種情況。盡管現(xiàn)有技術(shù)CN201410647212.9已做過研究，但該裝置未使用配平體等手段，在推進(jìn)器重力引起的較大剛度作用下，一定的沖量引起的擺角位移會偏小，且對地面沒有隔振效果，會在一定程度上限制測試精度。
[0009]因此，有必要提供一種新的豎直擺式微小推力測試臺裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0010]本技術(shù)的目的在于提供一種豎直擺式微小推力測試臺裝置及用于弱力測試的標(biāo)定方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中測量精度低以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問題。
[0011]本技術(shù)的技術(shù)方案如下：提供一種豎直擺式微小推力測試臺裝置，包括具有容納腔的真空容器、設(shè)于所述容納腔內(nèi)并固定于所述真空容器內(nèi)壁的外框以及設(shè)于所述外框的一個或兩個測試臺單元；
[0012]其中，所述測試臺單元包括：
[0013]固定于所述外框的測試臺框架，包括沿豎直方向延伸的第一框體以及與所述第一框體垂直設(shè)置的第二框體；
[0014]通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接于所述第二框體的豎直擺擺體，所述豎直擺擺體與所述第一框體平行間隔設(shè)置；
[0015]設(shè)于所述豎直擺擺體的推進(jìn)器，所述推進(jìn)器位于所述第二框體的下方或上方；
[0016]位于所述第二框體下方或下方的標(biāo)定音圈電機(jī)，包括配設(shè)在所述第一框體的與所述豎直擺擺體相對的面上的第一永久磁鐵和配設(shè)在所述豎直擺擺體的與所述第一永久磁鐵相對的區(qū)域中的第一線圈；
[0017]位于所述第二框體上方或上方的反饋音圈電機(jī)，包括配設(shè)在所述第一框體的與所述豎直擺擺體相對的面上的第二永久磁鐵和配設(shè)在所述豎直擺擺體的與所述第二永久磁鐵相對的區(qū)域中的第二線圈；
[0018]設(shè)于所述第一框體并與所述豎直擺擺體相對的微位移測量儀。
[0019]優(yōu)選地，所述測試臺單元還包括：
[0020]懸球標(biāo)定組件，包括設(shè)于所述第二框體并能沿所述第二框體移動的微納米平移臺、一端設(shè)于所述微納米平移臺的懸線、設(shè)于所述懸線另一端的標(biāo)定球以及固定于所述豎直擺擺體上的擺體標(biāo)定板，所述擺體標(biāo)定板包括與所述第二框體垂直且彼此相對的第一端面和第二端面，所述微納米平移臺沿著所述第二框體移動，使所述標(biāo)定球與所述第一端面或所述第二端面接觸，進(jìn)而對所述豎直擺擺體施加弱力。
[0021]優(yōu)選地，所述測試臺單元還包括：
[0022]磁阻尼器，所述磁阻尼器包括設(shè)于所述第一框體的第三永磁體和設(shè)于所述豎直擺擺體的頂端并與所述第三永磁體配合的導(dǎo)體；或者，所述豎直擺擺體由金屬材料制成，所述磁阻尼器包括設(shè)于所述第一框體的第三永磁體，所述第三永磁體與所述豎直擺擺體的頂端相對設(shè)置。
[0023]優(yōu)選地，所述測試臺單元還包括：
[0024]活動設(shè)于所述豎直擺擺體的升降配平體，通過調(diào)節(jié)所述升降配平體在所述豎直擺
擺體上的位置以調(diào)節(jié)所述豎直擺擺體和所述測試臺框架的剛度。
[0025]優(yōu)選地，所述測試臺單元還包括：
[0026]設(shè)于所述豎直擺擺體并靠近所述推進(jìn)器設(shè)置的阻熱板，用于阻隔所述推進(jìn)器工作時產(chǎn)生的氣流和熱量。
[0027]優(yōu)選地，所述測試臺框架還包括與所述第一框體和所述第二框體均垂直的第三框體。
[0028]優(yōu)選地，所述測試臺單元還包括：
[0029]設(shè)于所述豎直擺擺體并與所述第三框體平行設(shè)置的固定板；
[0030]以所述豎直擺擺體為對稱軸分別對稱設(shè)于所述豎直擺擺體兩側(cè)的兩組片簧，所述片簧的其中一端設(shè)于所述第三框體、另一端設(shè)于所述固定板。
[0031]優(yōu)選地，所述裝置還包括：
[0032]設(shè)于所述真空容器上的真空法蘭和真空管；
[0033]設(shè)于所述外框的測試臺電纜接口；
[0034]通過所述真空法蘭伸入所述真空容器中并通過所述測試臺電纜接口分別與所述推進(jìn)器、所述標(biāo)定音圈電機(jī)、所述反饋音本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種豎直擺式微小推力測試臺裝置，其特征在于，包括具有容納腔的真空容器、設(shè)于所述容納腔內(nèi)并固定于所述真空容器內(nèi)壁的外框以及設(shè)于所述外框的一個或兩個測試臺單元；其中，所述測試臺單元包括：固定于所述外框的測試臺框架，包括沿豎直方向延伸的第一框體以及與所述第一框體垂直設(shè)置的第二框體；通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接于所述第二框體的豎直擺擺體，所述豎直擺擺體與所述第一框體平行間隔設(shè)置；設(shè)于所述豎直擺擺體的推進(jìn)器，所述推進(jìn)器位于所述第二框體的下方或上方；位于所述第二框體下方或上方的標(biāo)定音圈電機(jī)，包括配設(shè)在所述第一框體的與所述豎直擺擺體相對的面上的第一永久磁鐵和配設(shè)在所述豎直擺擺體的與所述第一永久磁鐵相對的區(qū)域中的第一線圈；位于所述第二框體上方或下方的反饋音圈電機(jī)，包括配設(shè)在所述第一框體的與所述豎直擺擺體相對的面上的第二永久磁鐵和配設(shè)在所述豎直擺擺體的與所述第二永久磁鐵相對的區(qū)域中的第二線圈；設(shè)于所述第一框體并與所述豎直擺擺體相對的微位移測量儀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎直擺式微小推力測試臺裝置，其特征在于，所述測試臺單元還包括：懸球標(biāo)定組件，包括設(shè)于所述第二框體并能沿所述第二框體移動的微納米平移臺、一端設(shè)于所述微納米平移臺的懸線、設(shè)于所述懸線另一端的標(biāo)定球以及固定于所述豎直擺擺體上的擺體標(biāo)定板，所述擺體標(biāo)定板包括與所述第二框體垂直且彼此相對的第一端面和第二端面，所述微納米平移臺沿著所述第二框體移動，使所述標(biāo)定球與所述第一端面或所述第二端面接觸，進(jìn)而對所述豎直擺擺體施加弱力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎直擺式微小推力測試臺裝置，其特征在于，所述測試臺單元還包括：磁阻尼器，所述磁阻尼器包括設(shè)于所述第一框體的第三永磁體和設(shè)于所述豎直擺擺體的頂端并與所述第三永磁體...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：涂海波，劉坤，孫恒，胡明，柳林濤，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院，
類型：新型
國別省市：
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