一种用于微型动力装置的冲量测量设备

1.本实用新型涉及冲量测量领域，具体涉及一种用于微型动力装置的冲量测量设备。


背景技术：

2.目前，微型涡轮喷气发动机、微型冷气推进系统、微型化学推进系统和微型电推进系统等微型动力装置因具有突出的特点、优异的性能，而成为能源系统以及推进动力研究的新兴技术领域。高性能微型动力装置的研制及使用，离不开对动力装置推力及冲量动力学性能参数的测量。微型动力装置动力输出小，如脉冲等离子体推力器，其输出推力处于微牛量级、冲量则处于微牛秒量级。微型动力装置的动力输出范围大，分布在μn～mn跨多个数量级大范围内。
3.对不同类型的微型动力装置其输出力学性能差异较大，测量十分困难，存在以下问题：对于给定结构的扭摆式或扭丝式测量装置，其测量范围一定，难以满足不同测量范围和测量精度的测量需要；通过采用如更换不同枢轴套件及加长摆臂长度的方式改变测量范围和测量精度，既增加制造成本，又增加了使用的复杂性。
4.综上所述，急需一种结构简单，使用方便且测量范围和测量精度可变的冲量测量设备以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于提供一种结构简单，使用方便且测量范围和测量精度可变的冲量测量设备，具体技术方案如下：
6.一种用于微型动力装置的冲量测量设备，包括微型动力装置、传动装置和角度偏移测量装置；
7.所述传动装置包括支撑架、传动杆、转轴和配重块；所述传动杆垂直设置在转轴上且在转轴的轴向方向可滑动式设置；所述配重块设置在传动杆的一端；所述传动杆的另一端设有微型动力装置；所述转轴为扭杆或扭丝；所述转轴的两端分别固定设置在支撑架上；所述配重块用于平衡微型动力装置的重力矩；所述微型动力装置用于施加使所述传动杆绕转轴转动的力；
8.所述角度偏移测量装置包括激光器、反射镜、光程放大组件以及光斑移动测量组件；所述反射镜设置在转轴上，所述激光器和光程放大组件与反射镜对应设置；所述光程放大组件用于放大光线位移距离；所述光斑移动测量组件用于测量光线位移的数值大小；所述激光器、反射镜和光程放大组件组合实现将转轴的扭转角度转变为光线的位移变化。
9.优选的，所述转轴与支撑架之间的固定方式为夹具夹紧、螺帽螺母固连或者卡紧。
10.优选的，所述光斑移动测量组件包括光电位置传感器、直尺、高速摄像机、激光干涉仪或激光位移传感器；所述高速摄像机为帧速率大于250帧每秒的摄像机。
11.优选的，所述光程放大组件为由一通道和设置在通道内的若干反光镜形成整体结
构，所述光程放大组件通过光线在通道经过多个反光镜的反射实现光线位移距离的放大。
12.优选的，所述微型动力装置包括微型涡轮喷气发动机、微型冷气推进系统、微型化学推进系统或微型电推进系统。
13.优选的，所述支撑架上还设置有水平仪器和水平调节组件；所述水平仪器和水平调节组件用于调整整个冲量测量设备处于水平位置，优选的，使传动杆处于水平位置。
14.优选的，所述水平仪器为水平仪。
15.优选的，所述水平调节组件为水平调节螺丝。
16.应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：
17.本实用新型提供的一种冲量测量设备，相比于现有冲量测量设备，在未增加冲量设备结构的同时，通过改变转轴两端至转轴与传动杆连接处的位置，改变了装置的测量精度和测量范围，解决了对于给定结构的扭摆式或扭丝式测量装置，其测量范围一定，难以满足不同测量范围和测量精度的测量需要的问题；以及解决了通过采用如更换不同转轴套件及加长摆臂长度的方式改变测量范围和测量精度，会导致既增加制造成本，又增加了使用的复杂性的问题。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1是本实用新型优选实施例1的的结构示意图(未示意支撑架、水平仪以及水平调节组件)；
21.其中，1-配重块，2-传动杆，3-微型动力装置，4-光程放大组件，5-光斑移动测量组件，6-转轴，7-反射镜，8-激光器，9-激光器所发射的光线。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
23.实施例1：
24.参见图1，一种用于微型动力装置的冲量测量设备，包括微型动力装置3、传动装置和角度偏移测量装置；
25.所述传动装置包括支撑架、传动杆2、转轴6和配重块1；所述传动杆2垂直设置在转轴6上且在转轴6的轴向方向可滑动式设置；所述配重块1设置在传动杆2的一端；所述传动杆2的另一端设有微型动力装置3；所述转轴6为扭杆或扭丝；所述转轴6的两端分别固定设置在支撑架上；所述配重块1用于平衡微型动力装置3的重力矩；所述微型动力装置3用于施加使所述传动杆2绕转轴6转动的力；
26.所述角度偏移测量装置包括激光器8、反射镜7、光程放大组件以及光斑移动测量组件5；所述反射镜7设置在转轴6上，所述激光器8和光程放大组件与反射镜7对应设置；所
述光程放大组件用于放大光线位移距离；所述光斑移动测量组件5用于测量光线位移的数值大小；所述激光器8、反射镜7和光程放大组件组合实现将转轴6的扭转角度转变为光线的位移变化。
27.本实施例中，反射镜7的镜面通过转轴6的轴线。
28.本实施例中，所述转轴6与支撑架之间的固定方式为螺帽螺母固连。当然，在另一些具体的实施例可以采用其他固定方式，如夹具夹紧或者卡紧。
29.本实施例中，所述光斑移动测量组件5为光电位置传感器。当然，在另一些具体的实施例中可以采用其他光斑移动测量组件5，如直尺、高速摄像机、激光干涉仪或激光位移传感器。
30.在本实施例中，所述光程放大组件为由一通道和设置在通道内的若干反光镜7形成整体结构，所述光程放大组件通过光线在通道经过多个反光镜7的反射实现光线位移距离的放大。
31.在本实施例中，所述微型动力装置3为微型涡轮喷气发动机。当然，另一些具体实施例中可以采用其他微型动力装置3，如微型冷气推进系统、微型化学推进系统或微型电推进系统。
32.在本实施例中，所述支撑架上还设置有水平仪器和水平调节组件；所述水平仪器和水平调节组件用于调整整个冲量测量设备处于水平位置，特别的，所述水平仪器和水平调节组件用于使传动杆2处于水平位置。
33.在本实施例中，所述水平仪器为水平仪。
34.在本实施例中，所述水平调节组件为水平调节螺丝，所述水平调节螺丝设置在支撑架底部，通过调节螺杆与螺母的相对位置，实现对冲量测量设备的水平位置的调整，特别的，使传动杆处于水平位置。
35.在本实施例中，通过改变转轴两端至转轴与传动杆连接处的位置，进而改变装置的测量精度和测量范围的作用机理如下：
36.设微型动力装置到转轴中心轴线的距离为l，摆臂中心轴线分别到转轴上端面距离为l1、转轴下端面的距离为l2，转轴长度为l。与转轴固连的所有物体系统的质量为m。当微型动力装置输出冲量为i
bit
，传动杆在冲量的作用下发生扭转，设其扭转最大角度为α
max
，经推导可得此时转轴所具有的势能为：
[0037][0038]
其中，g为转轴的剪切弹性模量，mp为转轴的极惯性矩，le为转轴的等效长度，θ为传动杆扭转角度。
[0039]
由冲量测量设备系统性质可知，转轴的等效长度与l1和l2的关系式为：
[0040][0041]
根据能量守恒定律可得
[0042]
[0043]
进而可得可测最大冲量值和最小分辨率分别为
[0044][0045][0046]
△
α为测量器件对转轴转转角度分辨率，max
ibit
为最大冲量值，
△ibit
为最小分辨率。
[0047]
在转轴结构一定，总长度不变的情形下，通过改变传动杆与转轴的固连位置，l1与l2的值发生改变，从而le发生变化；而le发生改变，测量系统的测量范围和测量精度均随之改变，le越大，系统可测量最大量程越小，而测量分辨率越高。如当l1＝l2时，le＝1/2l1，此时系统可测冲量最大值最小，但系统分辨率最高，当l1≠l2时，le小于min(l1,l2)即l1、l2中较小的那个值，从而冲量测量设备的可测量最大值冲量及最小分辨率不同。
[0048]
综上所述，在转轴、传动杆结构一定的前提下，系统可测量的最大值冲量和最小分辨率与转轴的等效长度有关，等效长度越大，所能测量的冲量最大值越小，分辨率越大；而等效长度越小。所能测量的冲量最大值越大，分辨率越小。
[0049]
由此可见，可通过改变转轴两端至转轴与传动杆连接处的位置，进而改变装置的测量精度和测量范围。
[0050]
应用本实施例提供的一种冲量测量设备，具体步骤如下：
[0051]
确定传动杆2在转轴6的轴向方向的位置；
[0052]
将待测的微型动力装置3安装在冲量测量设备传动杆2的一端上，在另一端安装对应的配重块1以平衡微型动力装置3的重力矩；
[0053]
通过调整水平仪器和水平调节组件使整个传动杆2处于水平状态；
[0054]
在微型动力装置3未启动前，使用激光器8照射在反射镜7上，激光经由反射镜7进入光程放大组件4，并最终照射至光电位置传感器上得到初始位置；
[0055]
标定此时本冲量测量设备的冲量-位移标定曲线；
[0056]
启动微型动力装置3，转轴6和传动杆2发生一定角度的扭转，激光在光电位置传感器上的位置发生改变，从而通过两次位置的位移变化以及本冲量测量设备的标定曲线，得到微型动力装置3的冲量大小。
[0057]
当然，另一些具体的实施例中，可根据微型动力装置的推力大小，改变传动杆在转轴轴向方向的位置，得到合适的测量精度和测量范围。
[0058]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。