一种微推力测量在线标定装置

本发明属于空间电推力器微小推力测量。所谓在线标定方法，指的是在推力测量系统运行之初或者在运行过程中完成推力测量标定，这种方法可以减小因为手动调节位移机构增减砝码而造成的人为误差，同时在系统运行过程中完成标定可以达到更好的标定效果，因此得到更高的推力测量精度。

背景技术：

1、空间电推力器一般是指利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用加速电离后的推进剂进而获得动力的推力器，相比于传统化学火箭具有更高的比冲和效率。

2、推力测量是电推力器地面试验、性能分析和空间应用中不可缺少的一个重要环节。推力架标定是指通过砝码或者电磁力给定标准力进而获得推力架的线性输入输出关系，标定结果的线性度是衡量推力架测量精度的一个重要参数。

3、现有砝码标定方法存在手动调节位移机构增减砝码导致人为误差，标定过程较为繁琐等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种微推力测量在线标定装置，能够通过遥控器、控制盒、位移机构、高精度砝码来实现标定过程的自动化进行，提高推力测量精度。本发明的具体技术方案如下：

2、一种微推力测量在线标定装置，包括遥控器、控制盒、位移机构及砝码托盘、高精度砝码及连接线，其中，

3、所述遥控器可以发出射频信号进入控制盒，控制盒将执行遥控器上对应的功能；

4、所述控制盒包括射频信号接收模块、arduino单片机、步进电机驱动器、电源模块、功能选择及手动控制拨码开关；

5、所述射频信号接收模块可以分别识别遥控器发出的四个433mhz射频信号并在特定引脚输出高电平；

6、所述arduino单片机实现的主要功能是识别接收信号并且输出驱动信号进入步进电机驱动器；

7、所述步进电机驱动器将根据输入驱动信号控制位移机构移动；

8、所述电源模块将给arduino单片机和步进电机驱动器供给12v电压；

9、所述功能选择及手动控制拨码开关可以设置控制盒工作模式为遥控驱动或者手动驱动，并通过手动控制拨码开关实现手动控制位移机构砝码托盘上下移动；

10、将高精度砝码通过凯夫拉连接线连接在推力架动架上，在砝码下方固定位移机构及砝码托盘，通过手动或遥控控制调节砝码托盘至合适位置，通过遥控器进行自动化标定。

11、进一步地，所述arduino单片机内烧有驱动信号输出程序，可以通过对程序的修改及重新烧录来适配于不同的位移机构和砝码间距。

12、进一步地，所述步进电机驱动器可以设置峰值驱动电流以控制力矩，设置脉冲数以控制位移机构运行速度。

13、本发明的有益效果在于：

14、1.标定过程的自动化进行，即在完成在线标定装置前期设置之后，单次标定过程可以仅通过遥控器标定按钮来实现。

15、2.减小了因为手动调节位移机构增减砝码或者手动增添砝码而造成的人为误差，可以避免出现因不清楚砝码盘上下位置而停在错误高度的情况。

16、3.在推力器运行过程中完成标定可以达到更好的标定效果。由于热沉积等作用的影响，推力器点火前后推力架可能出现微小的变形，进而产生不同的线性输入输出关系。本发明所述的在线标定装置可以在进行推力测量前后均进行舱内标定，进而提供更高的推力测量精度。

17、4.可以根据不同的推力架对在线标定装置的要求而调整驱动信号输出程序和步进电机驱动器设置，同一套在线标定装置可以应用于多个推力架上。

18、5.遥控器和控制盒这类具有较复杂电气结构的子装置放置在真空舱外，以减小干扰；位移机构及砝码托盘、高精度砝码及连接线放置在真空舱内，同时具有能够在高真空条件下工作、耐高温等性能。有效保证了在线标定装置的工作性能。

技术特征：

1.一种微推力测量在线标定装置，其特征在于，包括遥控器(1)、控制盒(2)、位移机构及砝码托盘(3)、高精度砝码及连接线(4)，其中，

2.根据权利要求1所述的在线标定装置，其特征在于，所述射频信号接收模块(5-1)可以分别识别遥控器(1)发出的四个433mhz射频信号并在特定引脚输出高电平。

3.根据权利要求1所述的在线标定装置，其特征在于，所述arduino单片机(5-2)实现的主要功能是识别接收信号并且输出驱动信号进入步进电机驱动器(6)。

4.根据权利要求1之一所述的在线标定装置，其特征在于，所述步进电机驱动器(6)将根据输入驱动信号控制位移机构(3)移动。

5.根据权利要求1之一所述的在线标定装置，其特征在于，所述电源模块(7)将给arduino单片机(5-2)和步进电机驱动器(6)供给12v电压。

6.根据权利要求1之一所述的在线标定装置，其特征在于，所述功能选择及手动控制拨码开关(8)可以设置控制盒(2)工作模式为遥控驱动或者手动驱动，并通过手动控制拨码开关实现手动控制位移机构砝码托盘上下移动。

7.根据权利要求3所述的在线标定装置，其特征在于，所述arduino单片机(5-2)内烧有驱动信号输出程序，可以通过对程序的修改及重新烧录来适配于不同的位移机构(3)和砝码间距。

8.根据权利要求4所述的在线标定装置，其特征在于，所述步进电机驱动器(6)可以设置峰值驱动电流以控制力矩，设置脉冲数以控制位移机构运行速度。

技术总结
本发明属于空间电推力器微小推力测量技术领域，公开了一种微推力测量在线标定装置，包括遥控器、控制盒、位移机构及砝码托盘、高精度砝码及连接线，其中，所述控制盒包括射频信号接收模块、Arduino单片机、步进电机驱动器、电源模块、功能选择及手动控制拨码开关。本发明适用于在推力测量系统运行之初或者在运行过程中完成推力测量标定，用于解决现有砝码标定方法存在手动调节位移机构增减砝码导致人为误差，标定过程较为繁琐等问题。本发明使得标定过程可以自动化进行，可以在推力器运行过程中进行标定以达到更好的标定效果，减小热沉积等作用对推力测量精度的影响，可以根据不同的推力架对在线标定装置的要求而调整驱动信号输出程序和步进电机驱动器设置，同一套在线标定装置可以应用于多个推力架上。

技术研发人员：王一白,王伊萌,潘若剑,汤海滨,任军学
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13