一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置及系统的制作方法

本发明涉及电推力器，尤其涉及一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置及系统。

背景技术：

1、电推进是指利用电场或磁场加速电离后的工质喷出产生推力的动力装置，已被广泛应用于航天器的各种推进任务，如航天器的姿态控制、轨道位置保持、轨道机动和星际飞行等。

2、在电推进发动机的研制过程中，需要对于发动机的推力大小进行精确测量。但由于电推进发动机推力都非常小，为毫牛甚至微牛量级，给推力的精确测量带来了一定的困难。为了消除推力测量装置的系统误差、提高测量精度，需要对测量装置进行高精度的标定，得到测量装置的输入力与输出信号之间的准确关系。现有的标定方法主要采取滑轮砝码法，标准砝码产生大小已知的重力，再通过滑轮将竖直方向的重力转变成水平方向的拉力，从而实现对测量装置的标定。

3、然而，滑轮砝码法在进行毫微牛量级推力标定时，存在的缺点是：

4、(1)滑轮的摩擦力、悬线的重力和张力均不可精确预知，导致实际产生的标定力，即标定用的标准力与砝码示值之间的对应关系未知；

5、(2)为了实现推力测量装置在不同量程下的精确标定，需要采用大量不同质量组合的砝码，使用比较繁琐；

6、(3)悬线和托盘的自重导致无法进行比其更小的力的标定，影响了推力测量装置在更小推力范围内标定；

7、(4)由于要更换不同的砝码，在进行真空环境的标定时，此方法非常繁琐，需要不断的对真空舱进行关舱抽真空和补气开舱操作；

8、(5)手动加载砝码时，人工操作引起的抖动和晃动等现象会影响标定精度，需要较长的时间来达到静止，导致每一次的标定耗时较长。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，如何实现毫微牛量级推力的精确标定；有鉴于此，本发明提供一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置及系统。

2、本发明采用的技术方案是，一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，包括：安装导向柱、摩擦杆、两组压电单元、滚珠滑杆；

3、其中，所述安装导向柱设置于所述摩擦杆一端，并与外部连接板结构连接；

4、所述摩擦杆的内部嵌套有所述滚珠滑杆，外部沿轴向依次设置有两组所述压电单元，每组所述压电单元包括两个相对于所述摩擦杆两侧设置的压电单元；响应于对所述压电单元的上电启动，所述压电单元沿所述摩擦杆的轴向产生运动，进而带动所述摩擦杆沿所述滚珠滑杆产生运动。

5、在一个实施方式中，两组所述压电单元互为垂直方向设置。

6、在一个实施方式中，所述压电单元包括：基座、压电体、摩擦杆接触体；

7、其中，所述基座固定在所述压电体的一端，所述压电体另一端连接所述摩擦杆接触体；

8、所述压电体的内部与外表面分别连接正负电极，响应于上电后的电势变化，所述压电体沿所述摩擦杆的轴向方向产生运动。

9、在一个实施方式中，所述装置还包括：

10、第一支撑架，用于支撑其中一组所述压电单元；

11、第二支撑架，用于支撑另一组所述压电单元；

12、滚珠滑杆安装座，用于固定所述滚珠滑杆。

13、在一个实施方式中，所述摩擦杆为不易变形的金属材质制成，外部的摩擦层由表面粗糙且耐磨的非金属材料制成。

14、在一个实施方式中，所述安装导向柱通过间隙配合至外部的连接板结构。

15、在一个实施方式中，两组所述压电单元中，靠近所述安装导向柱的一组压电单元为平行于地面设置，另一组压电单元为垂直于地面设置。

16、本发明的另一方面还提供了一种基于调制脉宽的的微推力架自动标定系统，包括：如上任一项所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置、电推进安装座、连接板、扭摆，配重块，位移传感器，阻尼器、标定控制器；

17、其中，所述扭摆一端设置有电推进安装座、连接板，所述连接板与所述自动标定装置连接；所述扭摆一端设置有配重块、位移传感器、阻尼器；

18、响应于所述标定控制器的脉冲电流控制，所述自动标定装置产生运动，以使得所述自动标定系统获得一个外部恒力。

19、采用上述技术方案，本发明的压电单元运动幅度可调，最低可实现亚微米级的运动，并进一步对产生的拉力进行线性拟合，由此可预先得到调制脉宽对应的毫微牛量级的拉力拟合曲线，实现毫微牛量级推力的精确标定。

技术特征：

1.一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，包括：安装导向柱、摩擦杆、两组压电单元、滚珠滑杆；

2.根据权利要求1所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，两组所述压电单元互为垂直方向设置。

3.根据权利要求2所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，所述压电单元包括：基座、压电体、摩擦杆接触体；

4.根据权利要求3所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，所述装置还包括：

5.根据权利要求1所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，所述摩擦杆为不易变形的金属材质制成，外部的摩擦层由表面粗糙且耐磨的非金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，所述安装导向柱通过间隙配合至外部的连接板结构。

7.根据权利要求2所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置，其特征在于，两组所述压电单元中，靠近所述安装导向柱的一组压电单元为平行于地面设置，另一组压电单元为垂直于地面设置。

8.一种基于调制脉宽的的微推力架自动标定系统，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的基于调制脉宽的微推力架自动标定装置、电推进安装座、连接板、扭摆，配重块，位移传感器，阻尼器、标定控制器；

技术总结
本发明提出了一种基于调制脉宽的微推力架自动标定装置及系统，装置包括：安装导向柱、摩擦杆、两组压电单元、滚珠滑杆；其中，安装导向柱设置于摩擦杆一端，并与外部连接板结构连接；摩擦杆的内部嵌套有滚珠滑杆，外部沿轴向依次设置有两组压电单元，每组压电单元包括两个相对于摩擦杆两侧设置的压电单元；响应于对压电单元的上电启动，压电单元沿摩擦杆的轴向产生运动，进而带动摩擦杆沿滚珠滑杆产生运动。本发明的压电单元运动幅度可调，最低可实现亚微米级的运动，并进一步对产生的拉力进行线性拟合，由此可预先得到调制脉宽对应的毫微牛量级的拉力拟合曲线，实现毫微牛量级推力的精确标定。

技术研发人员：王红霞,苏业环,谢侃
受保护的技术使用者：遨天科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15