[发明专利]一种小力值传感器的校准方法

说明书

本发明涉及小力值溯源技术，具体涉及一种小力值传感器的校准方法，解决目前的动态力校准装置测量范围不覆盖航天液体火箭发动机现场试验系统的动态小力值传感器的问题，系统包括电动振动台、激光干涉仪、数据采集处理单元与计算机；利用激光干涉仪测量质量块的加速度。校准时，控制振动台按照正弦信号在设定振幅与频率下振动；根据激光干涉仪发送的质量块加速度利用公式计算标准力值；利用标准力值校准测试力值，实现对待校力值传感器的校准。本发明为姿控发动机力值溯源提供有效依据，为总体提供更科学、更准确的发动机小力值测量结果，为卫星、武器型号的精确调姿提供保障。

技术领域

本发明涉及小力值溯源技术，具体涉及一种用于小力值传感器溯源的正弦动态力校准系统及方法，小力值传感器溯源力值在5N～50N。

背景技术

随着国家航天事业的飞速发展，姿控发动机的地面试验迎来新的高峰。10N、25N发动机是我国主力卫星平台的姿控发动机，卫星总体的需求量很大。

在准确修正航天器姿态的前提下，确保消耗的推进剂剂量经济可行，这就需要准确提供发动机的动态推力技术指标。要满足这种需求，动态推力测试系统不仅要具有很高的稳态测试精度，而且要求测试系统具有较高的信号采集、信号变换与传输、信号处理与分析，信号记录与显示，动态响应等能力。

动态推力是随时间变化的力，通常采用各种力传感器进行动态力测量。根据校准装置的激励源不同，可以将动态力校准方法分为落锤冲击式、脆断阶跃式及稳态正弦式。

落锤冲击式动态力校准装置利用高处的重锤落在传感器上产生一个脉冲式的瞬时冲击力，力值不仅与落锤高度，还与材质的均匀性和加速度的分布有关，影响因素较多；而且由于落锤高度不能任意调节，因此装置的测量范围有限。

脆断阶跃式动态力校准装置利用脆性材料的破坏产生阶跃变化的动态力，力值与材料属性密切相关，而且不能连续可调，亦无法复现，因此其校准受材料制约大。

稳态正弦动态力校准装置使用振动台作为激励源，由电动振动台产生的稳态正弦力源，系统的可信分析频率范围为20Hz～1kHz，最大力值为10kN。主要针对力值量程上限在1kN以上的动态力传感器进行校准。

用于俯仰、偏航和滚动等卫星姿态调整的发动机(姿控发动机)一般推力较小，在工作时单个发动机单次消耗的推进剂也较少，其工作次数可达上百万次，随时根据姿控系统的需要进行工作，以保证卫星正确的姿态，这种情况下，准确的发动机性能参数可以更加节省有限的推进剂，延长卫星的寿命。但是，利用现有的动态力校准装置不能传递小力值传感器。

随着航天器航程的不断延伸，利用小推力发动机对航天飞行器在飞行过程中的姿态控制精度的要求越来越高，姿控发动机高空模拟试验的主要目的在于测试发动机的推力随推进剂的流量变化关系，而控制姿态的发动机的工作过程是一个典型的动态过程。因此，准确测量小推力发动机的动态推力性能指标，是提高卫星寿命和性能的有效手段之一。结合具体卫星型号任务需求，进行这项研究可有效解决发动机定型所需的试验验证手段，并推动发动机测试技术的不断发展。

发明内容

为了解决目前的动态力校准装置测量范围不覆盖航天液体火箭发动机现场试验系统的动态小力值传感器的问题，本发明研制了一套可以校准力值范围在5N～50N动态力传感器的校准系统及方法。

本发明的技术解决方案是提供一种用于小力值传感器溯源的正弦动态力校准系统，其特殊之处在于：包括电动振动台、激光干涉仪、数据采集处理单元与计算机；

所述电动振动台包括信号发生器、控制器、功率放大器、振动台台体及质量块；所述信号发生器的输出端与振动台台体连接，用于给振动台台体施加正弦信号；所述控制器通过功率放大器与振动台台体连接，用于控制振动台台体的振动频率，所述功率放大器用于控制振动台台体的振动振幅；所述质量块通过待校力传感器固定在振动台台体上；