[发明专利]基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置及方法

说明书

一种基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置及方法，有平行四边形弹性机构、微推进器和位移传感器，平行四边形弹性机构的一端连接微推进器，位移传感器连接在所述微推进器上，用于采集微推进器输出微小推进力时平行四边形弹性机构的位移量，从而得到微推进器的推力值。本发明由于平行四边形弹性机构中柔性铰链的特殊结构，因此，具有结构简单、单自由度运动、高承载能力、无附加刚度，可以实现微小推进力的高精度测量的优点。本发明的微小推进力分辨力与承载推进器的能力，是由平行四边形弹性机构的材料、几何结构等参数决定，通过参数最优化设计，可以显著提高测量装置的性能参数。本发明能够突破现有微小推进力测量装置的小推重比测量难题。

技术领域

本发明涉及一种微小推进力测量装置。特别是涉及一种基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置及方法。

背景技术

未来空间引力波探测中，编队卫星平台需要处于超静超稳状态，必须采用无拖曳控制技术克服非保守力干扰。微推进器作为无拖曳控制技术的微推力补偿执行机构，应具备提供高精度低噪声微牛级推力的能力，如何准确测量微推进器推力是一个关键问题。微小推进力测量过程中存在推重比小的难题，即推进力相对于推进器重量过小，这就意味着需要更大的刚度来承载推进器的重量，导致测量分辨力不足，因此需要对微小推进力测量装置与方法展开研究。

根据测量台架是否与推进器直接连接可以将测量方法分为间接测量法和直接测量法，其中间接测量是一种非接触式测量方法，通过测量推进器工作过程中喷射羽流的冲击力来计算微小推进力，但是其无法直接反映推进器的推力大小，测量不确定度较大。直接测量法是将推进器与测量装置固定连接，将推力转换为测量装置的形变量，根据胡克定律，测得位移或转角，即可测量微小推进力。常见的推力测量系统如杠杆系统和扭摆系统，在测量过程中需要配重保持测量台架的平衡，随着推进剂的消耗，在重负载下难以保持稳定状态，会产生多自由度运动。而单摆结构会因为推进器本身的重量引入附加刚度，在位移测量分辨力一定的情况下，使微小推进力测量分辨力不足，难以满足高精度的测量需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现的技术的不足，提供一种具有结构简单、单自由度运动、高承载能力、无附加刚度的基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置，包括有，平行四边形弹性机构、微推进器和位移传感器，其中，所述平行四边形弹性机构的一端连接微推进器，所述的位移传感器连接在所述微推进器上，用于采集微推进器输出微小推进力时平行四边形弹性机构的位移量，从而得到微推进器的推力值。

所述的平行四边形弹性机构包括有：构成平行四边形弹性机构横向平行的上弹性杆和下弹性杆，构成平行四边形弹性机构的纵向平行的左侧边为用于与其他部件相固定的固定边，右侧边为受力支撑边，所述受力支撑边连接所述微推进器。

所述的上弹性杆和下弹性杆结构相同，均是在杆体上一体形成有两个结构相同的椭圆弧柔性铰链。

所述的椭圆弧柔性铰链是由两个椭圆弧的弧底部一体连接形成。

所述的固定边上形成有用于与其他部件固定连接的通孔。

一种基于平行四边弹性形机构的微小推进力测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将平行四边形弹性机构中的受力支撑边侧与微推进器固定连接，采用电磁标准力源(4)作为微小推进力输出标准电磁力到微推进器，进行整个测量装置的刚度标定，根据胡克定律，得到平行四边形弹性机构的刚度k_y为：

其中，ΔF_B为电磁标准力源输出的标准力，Δy_B为位移传感器测得的平行四边形弹性机构输出的位移；