[实用新型]竖直摆式微小推力测试台装置

说明书

本实用新型涉及弱力测试技术领域，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置。本实用新型的竖直摆式微小推力测试台装置，包括真空容器、测试台框架、竖直摆摆体、反馈音圈电机、标定音圈电机以及微位移测量仪，竖直摆摆体下端设有推进器；通过上述方式，竖直摆摆体处于平衡状态时，推进器与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的微推进力和反馈弱力具有线性关系，在保证测试精度的条件下，简化了结构以及操作方法；并且，竖直摆摆体处于平衡状态时，标定音圈电机与反馈音圈电机分别向所述竖直摆摆体施加的标准弱力和反馈弱力方向具有线性关系，标定音圈电机可以对反馈音圈电机的反馈弱力进行标定，保证了装置的测量精度。

【技术领域】

本实用新型涉及弱力测试技术领域，具体涉及一种竖直摆式微小推力测试台装置。

【背景技术】

分辨率在微牛顿量级及更高精度的微推进器在高精度太空实验中有重要应用。在高精度的深空探测、空间卫星编队飞行等空间任务中，对卫星的姿态控制和轨道控制的精度要求越来越高，而控制的执行器即是高精度空间微推进器，它是空间任务极其重要的组成部分，其性能也决定了空间任务的执行质量甚至成败。另外，空间引力波探测计划、卫星重力场测量、空间等效原理检验、空间微重力隔振等项目中，还需要用微推进器对卫星或局部载荷受到的非引力扰动进行实时补偿，进行所谓的无拖曳控制。

而地面性能评估测试和精度标定是微推进器发展的必由之路，也是其空间应用的前提条件之一。

应用于空间任务的高精度微推进器的地面测试是一件困难的事情。原因在于：地面测试无法避免1g₀地表重力加速度的影响，对于微推进器而言(通常质量在公斤量级)，所受到的重力是地面测试中不可避免的背景力，而需要测试的微弱推力仅为其重力的10⁶～10⁸分之一！另外，普通实验室地面的地表震动噪声(seismic noise)可以达到10^-5m/s²甚至更大，也是亚微牛顿精度的微推力测试和标定的主要限制因素之一。

为了在地面实现亚微牛顿级的精密微推力测试和标定，多个国家的研究团队提出了不同的测试方案。(Meas.Sci.Technol.17,2006,711；IEPC-2009-236)，大都是基于扭称、单摆、倒摆等原理构建对弱力灵敏的机械结构，结合精密位移传感器进行弱力标定。其中法国onera的测试方案和德国airbus的测试方案的基本原理均是采用含有配平质量的竖直摆方案，前者用加速度计测量地面震动并在数据处理中扣除相应误差，后者用两个名义上相同的摆做位移差分测量，该方案潜在分辨率高、控制带宽达到10Hz而从众多方案中脱颖而出，并得到了长足发展。而在国内，针对微推进器尚没有兼具高分辨率又具有赫兹量级测量带宽的测量方案的公开报道。

为了在地面实验室获得高的微弱推力测试和标定精度，常用共模抑制的思想(即差分测量的方案)来抑制地面震动、环境温度波动等噪声。法国航空航天局(ONERA)在测试框架上安装加速度计，同步测量地面震动并通过摆的传递函数进行扣除，该方法中的噪声扣除精度受传递函数精度和加速度计噪声的限制，且对其他环境扰动噪声没有共模抑制能力。德国空客公司提出在同一个框架上构建两个名义上相同的摆，差分测量两个摆的位移，从而扣除共模噪声。不管该微推测量摆工作在开环或闭环模式下，该方法的共模抑制比都依赖于摆的传递函数的获取和匹配精度，该匹配在一定程度上限制了测量精度。

另外，上述方案中，其转轴还用于给摆体上的部件供电。从而，该方案在减少导线带来的不确定噪声的同时，电流的热效应会改变转轴的温度和刚度的稳定性，从而不利于抑制与温度相关的漂移。

对于脉冲式推进器的冲量的测量，需要测试台具有尽可能小的阻尼系数，上述阻尼摆工作于临界阻尼或过阻尼状态，并不适用于这种情况。尽管现有技术CN201410647212.9已做过研究，但该装置未使用配平体等手段，在推进器重力引起的较大刚度作用下，一定的冲量引起的摆角位移会偏小，且对地面没有隔振效果，会在一定程度上限制测试精度。

因此，有必要提供一种新的竖直摆式微小推力测试台装置。