[发明专利]一种微小电磁力检测装置

说明书

本发明提供了一种微小电磁力检测装置，属于传感、测控领域，特别涉及输出推力为mN级或μN级电火箭及离子火箭发动机推力测试系统的静态标定。该装置包括支撑架、滚珠丝杠、位置显示器、电子天平、铁块以及由它们组成的检测系统。本发明的优点是能够精确地控制通电线圈与被吸引铁块之间的距离；并能保证通电线圈与被吸引铁块间的吸力位于电子天平中心位置处。本装置能够实现通电线圈与被吸引铁块间的距离以及两者之间微小吸力的检测，并且通过以上测量结果能够建立通电线圈与被吸引铁块间的距离以及两者之间微小吸力的函数关系。

技术领域

本发明属于传感、测控领域，特别应用于输出推力为mN级或μN级的电火箭及离子火箭发动机推力测试系统的静态标定，具体涉及一种微小电磁力检测装置，其可实现对推力输出量级为mN级或μN级电火箭及离子火箭发动机推力测试系统进行静态标定的目的。

背景技术

随着空间科学任务的不断增多，微小卫星和纳星在近年来得到了迅猛发展。作为微小卫星的动力系统，传统的推进器己不能满足微小卫星对推力输出量级、推力精度、推进器重量和体积等方面的苛刻要求。为了满足这些需求，多国科学家对采用新型工作原理的推进器进行了广泛深入的研究。在推进器的研发过程中，推力测量系统能够精确测量推进器的推力大小、推力噪声等，也可据此评价推进器的推力性能，为改进推进器的研究方向、缩短推进器的研发周期提供有效的技术途径。采用直接或间接的测量方法，国内外科学家开发了许多不同结构的推力测量系统，针对mN级或μN级推力测量系统的静态标定，目前尚未形成统一的测量标准。

通过小量级的砝码产生微力，绳子的一端通过定滑轮悬挂砝码，另一端固定在推进器安装位置处，采用这样的方法可以将竖直向下的力转化为水平方向的力，实现对水平方向上推力测量系统标定的目的。但是由于推力很小，细绳和滑轮之间的摩擦力已经超出了标定精度，达不到对测力系统进行标定的目的；利用压电材料的电致伸缩效应产生微小位移作用到悬臂梁上，通过悬臂梁的弹性变形来产生微力，这种微力发生装置对操作技术要求比较高，对悬臂梁的制作等也提出了很高的要求；采用静电平行板产生静电微力，常见的有平行板电容式和静电梳齿式两种，在电容的两极板间施加驱动电压即可产生静电力，通过改变两极板间的输入电压可以得到不同的静电微力，在加工制作时对两极板间距离的精确控制要求很高；采用电磁力产生微力，在磁场中，运动的通电导体通过切割磁感线即可产生洛伦兹力，但实际操作时，对整个微力发生装置的装配精度要求比较高；采用单级杠杆或多级杠杆的相关原理设计的微力缩小结构来获得微力，此种微力发生装置对杠杆的加工精度有很高的要求。

本发明装置采用通电线圈吸引铁块的方法获得微小力，通过改变通电线圈与铁块间的距离获得不同的微力，并在电子天平上对该微小力值进行测量。该装置能够精确地控制通电线圈与被吸引铁块之间的距离，并能保证通电线圈与被吸引铁块间的吸力位于电子天平中心位置处。此方法可以产生很小的微力并且测量量程很大，其测量量程为10^-11N～10^-2N。该微小电磁力检测装置可实现对mN级或μN级推力测量系统进行静态标定的目的。

随着我国航空航天事业的不断发展，微小卫星已经成为当代卫星发展的趋势，作为微小卫星动力系统的微推进器也向着重量轻、体积小、推力输出量级小、推力精度高的方向发展，其对微推进器推力的准确测量提出了更高的要求。因此，对微推力测试系统的标定是非常有必要的，其对我国微推力测试技术的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明解决了对微推力测量系统进行静态标定的关键与难点问题。设计了一种微小电磁力检测装置，其可实现对输出推力为毫牛级的推进器推力测量系统进行静态标定的目的。

本发明的技术方案：

一种微小电磁力检测装置，包括线圈固定装置1、铁块2、防风玻璃罩3、电子天平4和电源箱5；线圈固定装置1置于电子天平4上，铁块2置于电子天平4的托盘上，并整体置于防风玻璃罩3中，线圈固定装置1上的线圈由电源箱5供电。