微小推力测量装置的自动在线标定装置

本发明涉及力的测量与溯源，尤其是涉及一种微小推力测量装置的自动在线标定装置。

背景技术：

1、近年来，各类科学研究探测卫星、微小卫星编队飞行的轨道保持精度越来越高，对提供姿态保持的推力器的性能要求也越来越苛刻，特别是在微小推力稳定性、配对使用推力器的推力匹配性等方面要求提供高精度的测试数据。为此，高稳定性、高精度的微小推力测量装置发挥了不可替代的作用。在实际使用中，这类设备往往是在大气下通过砝码标定给出装置的静态灵敏度系数，然后放入真空舱内在真空条件下测试推力器的性能，往往会让使用者产生大气和真空下的静态灵敏度系数是否相同的疑问，因此，需要确认两者之间的一致性；或者要求在推力器测试过程中，能够对推力测试设备进行标定，以确认推力测试设备工作状态是否良好。这种情况下，需要提供能够在真空下对推力测试设备进行自动标定的在线标定装置，来解决灵敏度系数是否一致的疑问和实时在线确认测试设备工作状态良好。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种微小推力测量装置的自动在线标定装置，能够在真空下自动完成对微小推力测量装置的在线标定，从而可以实时在线检验微小推力测量装置的工作状态，标定过程简单可靠，重复性好。

2、根据本发明第一方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定装置，包括：

3、驱动机构；

4、砝码托盘，所述砝码托盘与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于驱动所述砝码托盘上下直线移动；

5、多个砝码，当所述砝码托盘处在初始位置时，多个所述砝码呈上下分布分别支撑在所述砝码托盘中；

6、滑轮，所述滑轮设置在所述砝码托盘的上方；

7、滑轮绳，所述滑轮绳绕设在所述滑轮上，所述滑轮绳的一端从上向下可移动地穿过多个所述砝码且所述滑轮绳的一端端部设有用于与最下一个所述砝码相卡接的卡接头，所述滑轮绳的另一端与所述微小推力测量装置的推力器安装支架连接；当所述砝码托盘由初始位置向下移动时，多个所述砝码按照由下向上的顺序逐渐离开所述砝码托盘而悬吊于所述滑轮绳的一端上；

8、控制与数据采集处理模块，所述控制与数据采集处理模块与所述驱动机构电连接，以控制所述驱动机构驱动所述砝码托盘上下移动；所述控制与数据采集处理模块还与所述微小推力测量装置的力传感器相连，以采集所述力传感器的数据并计算出所述微小推力测量装置的灵敏度系数。

9、根据本发明第一方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定装置的工作工程为:首先将砝码托盘移到初始位置；然后在标定程序中设定砝码托盘的停留位置和对应砝码的质量，启动驱动机构，带动砝码托盘向下移动到第一设定位置，使自下方起第一个砝码即最下一个砝码离开砝码托盘而悬空吊在滑轮绳的一端上，第一个砝码的质量通过滑轮绳加载到推力器安装支架上，使力传感器的力值发生变化，控制与数据采集处理模块记录下第一个砝码的质量和对应的力传感器的电压值，记录为m1，v1；再次启动驱动机构,带动砝码托盘向下移动到第二设定位置，使自下方起第二个砝码离开砝码托盘而悬空吊在滑轮绳的一端上，第二个砝码的质量和第一个砝码的质量通过滑轮绳加载到推力器安装支架上，使力传感器的力值发生变化，控制与数据采集处理模块记录下第二个砝码的质量和对应的力传感器的电压值，记录为m2，v2；依次类推，直到最上一个砝码加载完毕，得到mn，vn；计算出m与v的斜率，该斜率即为微小推力测量装置的灵敏度系数s。标定完成后，通过驱动机构带动砝码托盘回复到初始位置，多个砝码被砝码托盘托起，没有力值加载到微小推力测量装置上，便于进行下次标定，重复性好，完成一个标定过程。需要解释的是，以上标定过程由控制与数据采集处理模块中的标定程序自动完成，标定过程简单可靠。

10、根据本发明第一方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定装置，能够在真空下自动完成对微小推力测量装置的在线标定，从而可以实时在线检验微小推力测量装置的工作状态，标定过程简单可靠，重复性好。本发明第一方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定装置对提高微小推力测量装置的真空推力的测量精度具有重要的意义，在微小推力测量与标定的研究与工程实践中具有很好的应用前景。

11、在一些实施例中，所述砝码托盘的内周壁设有多个台阶面，在多个所述台阶面中，上一个所述台阶面的内径大于下一个所述台阶面的内径；在多个所述砝码中，上一个所述砝码的外径大于下一个砝码的外径；当所述砝码托盘处在初始位置时，多个所述砝码分别一一对应放置在不同的所述台阶面上。

12、在一些实施例中，多个所述砝码能够上下套叠。

13、在一些实施例中，当所述滑轮绳的一端悬吊有所述砝码时，所述滑轮绳在位于所述推力器安装支架与所述滑轮之间的绳段处于水平状态，所述滑轮绳在位于所述砝码与所述滑轮之间的绳段处于竖直状态。

14、在一些实施例中，所述驱动机构为竖向布置的丝杠驱动机构。

15、在一些实施例中，所述丝杠驱动机构包括丝杠支架、丝杠、移动滑块和电机；所述丝杠竖直地安装在所述丝杠支架上，所述移动滑块与所述丝杠螺纹配合，所述砝码托盘固定在所述移动滑块上，所述电机与所述控制与数据采集处理模块电连接，所述电机与所述丝杠相连，所述电机用于驱动所述丝杠旋转，进而带动所述移动滑块上下移动。

16、在一些实施例中，还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述丝杠支架上，所述位置传感器的滑动片与所述砝码托盘相连。

17、在一些实施例中，所述滑轮安装在所述丝杠支架上。

18、在一些实施例中，所述砝码托盘的移动速度和停留时间由所述控制与数据采集处理模块自动完成。

19、本发明第二方面提出了微小推力测量装置的自动在线标定方法，采用本发明第一方面中任意一项所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置进行自动在线标定，具体包括如下步骤：

20、s1：将所述砝码托盘移到初始位置；

21、s2：在线标定，启动所述驱动机构，带动所述砝码托盘向下移动，使多个所述砝码按照由下向上的顺序逐渐离开所述砝码托盘而悬吊于所述滑轮绳的一端上，并通过所述控制与数据采集处理模块记录下每个所述砝码的质量及每个所述砝码离开所述砝码托盘时对应的所述力传感器的数据，由多个所述砝码质量和对应的所述力传感器的数据获得所述微小推力测量装置的灵敏度系数。

22、本发明第二方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定方法，能够在真空下自动完成对微小推力测量装置的在线标定，从而可以实时在线检验微小推力测量装置的工作状态，标定过程简单可靠，重复性好。本发明第一方面实施例的微小推力测量装置的自动在线标定装置对提高微小推力测量装置的真空推力的测量精度具有重要的意义，在微小推力测量与标定的研究与工程实践中具有很好的应用前景。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，所述砝码托盘的内周壁设有多个台阶面，在多个所述台阶面中，上一个所述台阶面的内径大于下一个所述台阶面的内径；在多个所述砝码中，上一个所述砝码的外径大于下一个砝码的外径；当所述砝码托盘处在初始位置时，多个所述砝码分别一一对应放置在不同的所述台阶面上。

3.根据权利要求2所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，多个所述砝码能够上下套叠。

4.根据权利要求1所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，当所述滑轮绳的一端悬吊有所述砝码时，所述滑轮绳在位于所述推力器安装支架与所述滑轮之间的绳段处于水平状态，所述滑轮绳在位于所述砝码与所述滑轮之间的绳段处于竖直状态。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，所述驱动机构为竖向布置的丝杠驱动机构。

6.根据权利要求5所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，所述丝杠驱动机构包括丝杠支架、丝杠、移动滑块和电机；所述丝杠竖直地安装在所述丝杠支架上，所述移动滑块与所述丝杠螺纹配合，所述砝码托盘固定在所述移动滑块上，所述电机与所述控制与数据采集处理模块电连接，所述电机与所述丝杠相连，所述电机用于驱动所述丝杠旋转，进而带动所述移动滑块上下移动。

7.根据权利要求6所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述丝杠支架上，所述位置传感器的滑动片与所述砝码托盘相连。

8.根据权利要求6所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，所述滑轮安装在所述丝杠支架上。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置，其特征在于，所述砝码托盘的移动速度和停留时间由所述控制与数据采集处理模块自动完成。

10.一种微小推力测量装置的自动在线标定方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任意一项所述的微小推力测量装置的自动在线标定装置进行自动在线标定，具体包括如下步骤：

技术总结
本发明第一方面公开了一种微小推力测量装置的自动在线标定装置，包括驱动机构、砝码托盘、多个砝码、滑轮、滑轮绳和控制与数据采集处理模块。砝码托盘与驱动机构相连；当砝码托盘处在初始位置时，多个砝码呈上下分布分别支撑在砝码托盘中；滑轮设置在砝码托盘的上方；滑轮绳绕设在滑轮上，滑轮绳的一端从上向下可移动地穿过多个砝码，滑轮绳的另一端与推力器安装支架连接；控制与数据采集处理模块与驱动机构电连接；控制与数据采集处理模块还与微小推力测量装置的力传感器相连。本发明能够在真空下自动完成对微小推力测量装置的在线标定，从而可以实时在线检验微小推力测量装置的工作状态，标定过程简单可靠，重复性好。

技术研发人员：龚景松,徐胜利
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17