[发明专利]一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统及其测量方法

说明书

本发明属于水下微力测试领域，具体涉及一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统及其测量方法。所述微推进力测量系统包括计算机测控系统、数据采集系统、微调位移系统、杠杆力放大和解耦系统、应变式微力传感器和夹持装置。本发明方法基于应变式力传感器和杠杆原理建立了一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统，可将要测量的水平微力进行放大，并且通过在杠杆上装一对轴承，由于轴承的存在使得杠杆的受力只能进行单向传递，实现对测量物体的力进行解耦，消除其他方向力的影响，从而准确的求出所需要的微推进力。本发明所述推进力测量系统可以在线快速的测量水下仿生机器人的微推进力。

技术领域

本发明属于水下微力测试领域，具体涉及一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统及其测量方法。

背景技术

随着陆地资源的日益匮乏，海洋资源的探索与开发成为世界各国的重要课题。微小型水下运动装置已经应用于海洋等水生资源的开发和利用，以及海底形貌探索的。鱼类等水生动物经过五亿多年进化，其外形结构和运动方式都非常适合水下生存，具有高速、高效、低噪等特点，因此，研究者们根据水生动物推进模式研发了多款微小型水下运动装置。然而微小型水下运动装置受到的推进力太小，因此设计一种能够快速进行标定、测量微推力的测量系统就显得尤为重要。

当前微力测量装置的发展迅速，其运用的场合越来越复杂，精度也愈来愈高，对其进行标定或测量的要求也愈来愈精确。目前的微力精密测量、标定方法有利用静电平行板、静电板齿、二级杠杆、洛伦兹力发生原理、压电材料等方式。通过这些方式容易受到温度的影响；电容式容易受到电磁场的干扰。虽然传统通过力值计量通常由标准砝码复现，目前小的标准砝码为1mg(10-5N)，当砝码质量小于1mg时会存在很大的不确定度以致无法作为力值标准。目前为止各国尚未对微小力值(≤10-5N)的计量建立统一方法，国内对于10N以下没有规范的量值传递体系，因此微力测量难以推广使用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统及其测量方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于微小型水下运动装置的微推进力测量系统，包括：

计算机测控系统，包括计算机和测控软件；

数据采集系统，包括动态应变仪、示波器和数据采集板卡，所示动态应变仪、示波器均与数据采集卡连接，所述数据采集板卡与计算机测控系统连接；

微调位移系统，包括2个三维微纳位移平台和用于支撑固定三维微纳位移平台的支架，所述2个三维微纳位移平台均与计算机测控系统连接；

杠杆力放大和解耦系统，包括一级杠杆、轴承、轴承固定基座，所述轴承位于一级杠杆中间位置作为杠杆的支点，轴承与杠杆过盈配合，与杠杆过盈配所述轴承与轴承固定基座固定连接，所述轴承固定基座与其中一个三维微纳位移平台固定连接；

应变式微力传感器和夹持装置，所述一级杠杆的下端与夹持装置固定连接，所示夹持装置用于夹持微小型水下运动装置，所述一级杠杆的上端与应变式微力传感器的自由端固定连接，所述应变式微力传感器的非自由端固定在另一个三维微纳位移平台上，且所述应变式微力传感器还分别连接示波器和动态应变仪。

上述方案中，所述三维微纳位移平台上固定有X向单轴微纳位移器、Y向单轴微纳位移器、Z向单轴微纳位移器，通过计算机控制三维微纳位移台进行X、Y、Z轴方向的微调。

上述方案中，所述一级杠杆的上端设置有螺纹孔，所述应变式微力传感器的自由端设置有螺纹孔，通过螺纹孔对心以及螺丝固定连接一级杠杆的上端与应变式微力传感器的自由端。