[实用新型]微型固体化学推进器推力测量装置

说明书

技术领域： 

本发明涉及了一种微型固体化学推进器的推力测量装置 

背景技术：

推进系统是大多数航天器的关键子系统，主要用于航天器的位置保持、姿态控制、引力补偿和轨道调整等。随着微型航天器，如微卫星、纳卫星、皮卫星技术的不断成熟，若需要微型航天器完成某些特殊任务，如卫星编队飞行，则需要给这些微型航天器配备推进系统。由于传统的推进系统体积和质量都比较大，不能适用于微型航天器，因此迫切需求适合于微型卫星的高可靠性、低功耗、微推力、微冲量的微型推进系统。 

如何测量微型推进系统的推力一直是研究热点，通过对微型推进系统推力的测量可以为微型卫星推力系统的研究提供必要的参考。刘明侯在“微推进器推力测试技术”[1]中给出了几种微推进器推力的测量方法并指出用位移传感器侧惟一的方法目前比较适合国内的推力测试研究，对于uN级的推力测量一般有扭摆结构，双摆结构或者四壁配重结构等。熊继军在“实现微牛级动态推力测试的方法和实验研究”^[2]中给出了一种利用位移来测量动态推力的方法。但是利用位移传感器来测量微小推力会受限于位移传感器的测量精度，会有比较大的测量误差（文献2中测量误差为10%）。随着MEMS加速度计和MEMS陀螺仪精度的不断提高，使得测量天平梁瞬时运动过程中的角加速度和角速度成为可能，角速度、角加速度和位移结合分析计算可以丰富测量手段，并减小因单一传感器测量造成的误差。 

发明内容：

本发明目的是提供一种微型固体化学推进器的推力测量装置，通过力平衡天平消除推进系统和传感器自重对测量结果的影响；采用多传感器测量组合，减小因单一传感器测量造成的测量误差，提高测量精度；通过实时监测传感器的数据可以得出微化学推进器的推力随时间的变化，为μN级微型固体化学推进器的设计改进和微型卫星动力系统的设计提供重要参考。本发明的解决方案是： 

微型固体化学推进器推力测量装置，主要包括支撑部件、力平衡天平、MEMS惯性测量组合7、电容传感器13、微型固体化学推进器10，信号与处理系统； 

所述支撑部件用于容纳其余部件，包括在真空腔1内放置的防震垫11，以及固定于防震垫11上的支撑底座17； 

所述电容传感器13通过支架与所述支撑部件固连； 

所述力平衡天平为等臂天平，包括横梁2、竖梁12和微调平衡装置；所述横梁2和竖梁12固连成对称的十字架结构，且通过横梁2中心放置于支撑底座17上的天平支刀5上；所述微调平衡装置使得横梁2处于水平方向； 

所述MEMS惯性测量组合7固定于竖梁12上，包括一个单轴MEMS加速度计和一个单轴MEMS陀螺仪； 

所述微型固体化学推进器10固定于竖梁12上；且微型固体化学推进器10产生推力方向不与竖梁12平行； 

所述信号与处理系统包括一个具有模拟信号放大滤波和数模转化的信号处理电路15和固定于竖梁12上的信号总线14；所述信号总线14包括电容传感器输出信号线18、MEMS惯性测量组合输出信号线19和微化学推进器点火控制信号线；信号总线14用卡线座8固定在天平支撑底座17上，通过天平支刀5连接到MEMS惯性测量组合7和微化学推进器10并用卡线座8固定在竖梁12上；在竖梁12与横梁2连接的部分有信号线冗余。 

测量时，首先通过调整微调平衡装置的配重砝码6使得横梁2基本处于水平方向，然后通过调平螺母3仔细调节使得横梁2水平；通过固定在天平竖梁12上的信号线给微型固体化学推进器10点火，点火之后产生推力使得天平竖梁12产生摆动，MEMS惯性测量组合7测量竖梁12在运动过程中的加速度和角加速度，电容传感器13测量其与竖梁12之间的电容，MEMS惯性测量组合与电容传感器的信号均通过固定于天平竖梁12上的信号线传输给真空腔1外边的信号处理电路，信号处理电路对信号进行放大滤波数模转换等处理之后传输给计算机进行处理计算得到微型固体化学推进器10的推力变化曲线。 

本发明的有益效果：通过力平衡天平实现了消除推进系统和传感器自重对测量结果的影响；采用多传感器测量组合，减小因单一传感器测量造成的测量误差，提高测量精度；通过MEMS惯性测量组合与电容传感器相结合可以测量出微化学推进器的最大推力，同时可以实时监测推力的大小变化。 

附图说明：

图1为本发明的装置结构图 

图2为本发明的力平衡天平的装配侧视图