[发明专利]基于多光束激光外差法和扭摆法测量微冲量的方法无效

专利信息
申请号: 201110144769.7 申请日: 2011-05-31
公开(公告)号: CN102252794A 公开(公告)日: 2011-11-23
发明(设计)人: 李彦超;王春晖 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: G01L5/00 分类号: G01L5/00
代理公司: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 张宏威
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 基于 光束 激光 外差 扭摆 测量 冲量 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及在扭摆法测量微冲量的方法。

背景技术

激光微推力器在微小卫星姿态和轨道控制领域有着广泛而深入的应用前景,其具有比冲高、冲量动态范围大、最小冲量小、功耗低、能量耦合效率高以及易于实现、轻量化和数字化控制等显著优势,受到了国内外学者们广泛的关注。而冲量是反映激光微推力器性能的一个重要参数,特点是量级小,约为10-7~10-5N·s。Photonic Associates小组Phipps等人于1999年提出了用扭摆系统测量激光微推力器产生的微小冲量,并用其进行微推力器性能参数的测试;2002年,Phipps等人又对扭摆系统进行了改进,随后国内的中国科技大学和装备指挥技术学院也进行了相关研究。从目前国内外报告的研究结果来看,一方面,测量系统的噪声会影响系统的精度,在小冲量量级,系统误差甚至达到了50%;同时,在力作用时间内,靶平面偏离焦平面,能量耦合效率降低,这也会影响微冲量的测量,因此常规的小冲量测量系统很难满足测量要求。

激光干涉法可有效解决常规测试系统存在的以上两个问题,提高系统的测量精度。采用两个角隅棱镜形成差动测量的方法代替原来的光指针方法测量扭摆转动的角度,大大提高了系统的精度;扭摆推进技术中2010年的质量由原来的0.2g增加到58g,克服了离焦问题。研究结果表明,激光干涉法的引入极大地改善了扭摆测试系统的性能,能够满足激光微推力器微小冲量的测试要求。但是由于间接测量量较多,偶然误差较大,因此测量精度也不会很高。

而在光学测量法中,激光外差测量技术备受国内外学者关注,激光外差测量技术继承了激光外差技术和多普勒技术的诸多优点,是目前超高精度测量方法之一。该方法具有高的空间和时间分辨率、测量速度快、精度高、线性度好、抗干扰能力强、动态响应快、重复性好和测量范围大等优点,已成为现代超精密检测及测量仪器的标志性技术之一,广泛应用于超精密测量、检测、加工设备、激光雷达系统等。

传统的外差干涉均为双光束干涉,外差信号频谱只含单一频率信息,解调后得到单一的待测参数值。

发明内容

为了解决现有外差干涉法测量技术中,测量信息解调之后只能够获得单一待测参数,测量效率和精度都不高的问题,本发明提供一种基于多光束激光外差法和扭摆法测量微冲量的方法。

本发明所述的基于多光束激光外差法和扭摆法测量微冲量的方法,是基于下述系统实现的,所述系统包括H0固体激光器、扭摆系统、四分之一波片、振镜、偏振分束镜PBS、会聚透镜、脉冲激光器、平面标准镜、光电探测器和信号处理系统;

其中,所述H0固体激光器、扭摆系统、四分之一波片、振镜、偏振分束镜PBS、会聚透镜和平面标准镜位于真空室内,该真空室有一个真空窗,所述扭摆系统由标准梁、平面反射镜和工质靶组成;在标准梁的横梁一个末端的平面上黏贴有平面反射镜,与该平面反射镜相对的该横梁的另一侧平面上对称固定有工质靶,所述平面反射镜的反射面与标准梁的横梁的摆动方向垂直;该标准梁处在水平的平衡状态下时,所述工质靶的靶面与脉冲激光器发射的激光束的光轴相垂直;

H0固体激光器发射激光束至偏振分束镜PBS的前表面,经该偏振分束镜PBS的反射光束经四分之一波片透射之后发射到振镜的入射面,经振镜反射后的反射光束经四分之一波片透射之后发射至偏振分束镜PBS,经该偏振分束镜PBS透射之后入射至黏贴在标准梁上的平面反射镜的入射面,该平面反射镜的反射光束以入射角θ0斜入射至平面标准镜,该平面标准镜的反射光经会聚透镜透射后,经该真空室的真空窗聚焦到光电探测器的光敏面上,光电探测器输出电信号给信号处理系统;平面标准镜的厚度为d;

其特征在于,基于上述系统的测量微冲量的方法为:

打开H0固体激光器,同时,控制脉冲激光器发射激光脉冲至工质靶,使工质靶表面产生等离子体喷射,所述喷射的反喷作用推动标准梁转动;

在上述过程中,信号处理系统连续采集光电探测器发出的信号,并根据所述信号获得标准梁的转动角度θ′,然后,根据所述转动角度θ′,根据公式

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