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微推力测量中电磁力装置的性能优化

电子器件 2022年第5期45卷 1077-1081页

作者：李旭升祁康成王小菊王威屹谷增杰电子科技大学光电科学与工程学院四川成都611731 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000

微推力测量系统对微推进器性能评估具有重要指导意义,而弱力补偿及标定作为微推力测量中的关键性环节,其稳定性、适用性、补偿精度等都直接影响最终的测量结果。针对现有电磁力标定装置输出不稳定,校准困难等问题,基于电磁力法,利用通... 详细信息

微推力测量系统对微推进器性能评估具有重要指导意义,而弱力补偿及标定作为微推力测量中的关键性环节,其稳定性、适用性、补偿精度等都直接影响最终的测量结果。针对现有电磁力标定装置输出不稳定,校准困难等问题,基于电磁力法,利用通电双线圈与永磁铁之间的相互作用力,设计了一款可封装为一体的弱力补偿装置。介绍了该电磁力装置的结构设计及优化;建立了数学模型以计算通电双线圈形成的磁场对磁芯的作用力;用Comsol仿真双线圈间的磁场分布,计算不同激励电流下磁芯的电磁力大小,并对仿真数据进行拟合分析得到电磁力的线性特性;应用精密电子天平搭建标定实验,标定数据通过最小二乘法进行线性拟合,得到决定系数为0.999,具有很好的线性特性。与仿真结果相比,效果理想,为后续微推力测量奠定了基础。

关键词：电磁力标定弱力补偿微推力测量

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基准面倾斜对微推力测量影响实验研究

仪器仪表学报 2024年

作者：周炜杰龙建飞王嘉彬丛麟骁郭宁国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院国科大杭州高等研究院引力波太极实验室(杭州) 中国科学院大学

为研究基准面倾斜对微推力测量的影响，提出一种基于倒立摆结构的高精度地面倾角测量方法。通过精确控制基准面倾斜角度，探讨其对系统刚度和测量精度的影响。首先，利用高精度电磁标准力开展标定实验，获得倒立摆的重力矩约为162.80 mN... 详细信息

为研究基准面倾斜对微推力测量的影响，提出一种基于倒立摆结构的高精度地面倾角测量方法。通过精确控制基准面倾斜角度，探讨其对系统刚度和测量精度的影响。首先，利用高精度电磁标准力开展标定实验，获得倒立摆的重力矩约为162.80 mNm，安装基板初始倾角约为-1.78 mrad，其次采用压电偏摆台调制开展基准面倾角影响的实验研究，最后进行不确定度分析。测试数据表明：当摆杆重力矩刚度与柔性枢轴刚度相接近时，基准面倾角对摆杆偏转角放大效应明显；当重力矩为162.80 mNm，K0=191.46 mNm/rad时，放大倍数约为5.73，与仿真结果相差0.25%；基于倒立摆存在的放大效应，基准面倾角10 μrad下倒立摆系统刚度将产生57%的偏差，通过模型修正，微推力测量值偏差优于0.98%，系统刚度偏差优于2%；综合考虑实验环境和仪器设备的影响，本文实验测量相对不确定误差为1.40%；研究结果为提高微推力测量性能提供了支持。

关键词：微牛级电磁力校准基准倾角倒立摆微推力测量

基于超导差分加速度测量原理的微推力测量方案

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真空与低温 2013年第4期19卷 208-213页

作者：贺建武邵明学 Ho Jung Paik 张天平首都师范大学物理系北京100028 中国科学院应用数学研究所北京100190 Department of Physics University of MarylandCollege Park 兰州空间技术物理研究所甘肃兰州730000

随着微推进技术的快速发展，微推力器推力的测试与标定也日益困难。为实现微推力的精密测量和动态特性测试，通过分析超导重力梯度仪的差分加速度测量原理、仪器的构成和原理电路等，提出了一种基于高温超导差分加速度测量原理和SQUID... 详细信息

随着微推进技术的快速发展，微推力器推力的测试与标定也日益困难。为实现微推力的精密测量和动态特性测试，通过分析超导重力梯度仪的差分加速度测量原理、仪器的构成和原理电路等，提出了一种基于高温超导差分加速度测量原理和SQUID检测技术微推力测量方案，其推力测量范围为10^-7-10^-2N、测量频带从直流至4Hz。根据检验质量的动力学方程和超导回路磁通量守恒方程，导出了推力与输出差分电流的传递函数，分析了影响测量的主要噪声。方案可应用于微推力的测量，并有进一步提高推力测量精度的潜力。

关键词：推力器微推力测量超导重力梯度仪超导量子干涉仪

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三线摆微推力测量系统的阻尼控制优化法

航天器环境工程 2018年第5期35卷 414-419页

作者：郑慧奇徐焱林丁亮顾磊北京卫星环境工程研究所北京100094

三线摆可以应用于电推进器微推力的测量。文章介绍三线摆微推力测量的原理,分析测量结构的阻尼特性及其影响,提出人为施加阻尼以缩短动态时间,并对外加阻尼作用下的测量系统进行分析,通过仿真和实验验证了阻尼控制方法的有效性。

关键词：电推进器微推力测量三线摆阻尼控制

基于Matlab的扭摆型微推力测量数据处理系统

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兵工自动化 2022年第1期41卷 48-52,80页

作者：祝超王云萍袁春北京跟踪与通信技术研究所三室北京100089 激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

针对微推力测量系统中测量实验操作过程复杂、数据处理过程繁琐等问题,基于Matlab平台设计用于微推力和微冲量测量的数据处理系统。介绍扭摆法测推力和冲量的基本原理和试验操作方法,分析原始数据特点,梳理出数据处理流程。结果表明:该... 详细信息

针对微推力测量系统中测量实验操作过程复杂、数据处理过程繁琐等问题,基于Matlab平台设计用于微推力和微冲量测量的数据处理系统。介绍扭摆法测推力和冲量的基本原理和试验操作方法,分析原始数据特点,梳理出数据处理流程。结果表明:该系统可将实验原始数据中的位移和时间信息直接计算成推力数据,可简化操作过程并提高现场测量的效率。

关键词：微推力测量 Matlab 数据处理

压电致动水下仿生机器鱼的微推力测量实验及流场演化机制

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压电致动水下仿生机器鱼的微推力测量实验及流场演化机制

第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：娄军强杨依领崔玉国陈海荣魏燕定廖江江宁波大学机械工程与力学学院浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室余姚舜宇智能光学技术有限公司

基于智能柔性结构流固耦合振动机制的水下智能仿生运动装置在水下狭小空间探测、隐秘军事追踪及水下资源探测等前沿领域展示出了巨大的潜在价值和应用前景。受自然界锦鲤的启发,研制了一款由压电宏纤维(Macro fiber composites, MFC)驱... 详细信息

基于智能柔性结构流固耦合振动机制的水下智能仿生运动装置在水下狭小空间探测、隐秘军事追踪及水下资源探测等前沿领域展示出了巨大的潜在价值和应用前景。受自然界锦鲤的启发,研制了一款由压电宏纤维(Macro fiber composites, MFC)驱动的小型水下仿生机器鱼。为了精确地获取机器鱼产生的微推进力变化情况,设计了一款具有高精度、良好线性度、高分辨率且抵抗侧向力干扰能力强的杠杆式解耦微推力测量装置。测量结果表明利用该装置精确获取了机器鱼摆动过程中的微推进力变化情况。实验结果进一步表明:所提出智能仿生机器鱼在最大摆速情况下产生最大平均周期推进力2.95mN,与细长体理论一致。机器鱼产生的最大瞬时推进力随着自身振荡频率的增大而增大,但是最大瞬时拖拽力却随着振荡频率的增加先减后增;而推进模式与振荡周期之比的变化行为与最大瞬时推进力相反。CFD仿真分析结果与实验测量结果基本一致,并实现了机器鱼尾鳍摆动过程中周围的流场分布和演化过程的可视化。CFD结果证实了机器鱼尾鳍摆动产生的流场压力集中区域的分布和强度决定了其产生推进力的变化状态,且尾鳍周期平均流速场的情况与智能机器鱼平均推进力的大小密切相关。相关研究可以为智能水下仿生运动装置的设计和分析提供有益参考。

关键词：仿生机器鱼微推力测量压力场分布智能结构压电宏纤维

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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用于微推力测量的电磁恒力特性研究

红外与激光工程 2019年第A01期48卷 147-152页

作者：常浩叶继飞陈粤周伟静航天工程大学宇航科学与技术系激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 中国空间技术研究院北京100094

基于扭摆结构的微推力测量装置是空间微推力器微推力测量的常用方法,稳定、准确的标定力是标定微推力测量系统的关键。利用音圈电机能够产生较长行程恒定电磁力的特点,研究基于音圈电机的电磁力恒力特性。介绍了基于音圈电机的电磁力装... 详细信息

基于扭摆结构的微推力测量装置是空间微推力器微推力测量的常用方法,稳定、准确的标定力是标定微推力测量系统的关键。利用音圈电机能够产生较长行程恒定电磁力的特点,研究基于音圈电机的电磁力恒力特性。介绍了基于音圈电机的电磁力装置组成及在基于扭摆结构的微推力测量装置中的标定应用;仿真分析了音圈电机中的磁场分布情况,以及线圈电流、线圈与磁轭磁铁相对距离等控制因素下的电磁力变化特性;在此基础上,通过搭建微小电磁力恒力特性实验系统,采用高精度电子天平称重方式,获得了精确的电磁力变化特性;以电磁力误差小于等于5%作为判断标准,获得了音圈电机的稳定力输出行程,为应用于扭摆的微推力标定奠定基础。

关键词：电磁力标定微推力测量音圈电机

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闭环控制下单丝扭摆微牛级推力测量系统

电子测量与仪器学报 2023年第9期37卷 93-101页

作者：王嘉彬龙建飞徐禄祥吴铭钐郭宁杨威国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院杭州310024 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 国科大杭州高等研究院引力波太极实验室(杭州) 杭州310024 国科大杭州高等研究院浙江省引力波精密测量重点实验室杭州310024 重庆科技学院电气工程学院重庆401331

针对空间引力波探测任务对微推力测量需求,开发出一套基于闭环控制的单丝扭摆微牛级推力测量系统。基于扭摆式微推力测量原理,给出了微推力测量装置详细设计方案,重点分析了扭丝结构、角位移测量、电磁标定力以及闭环控制系统,通过实验... 详细信息

针对空间引力波探测任务对微推力测量需求,开发出一套基于闭环控制的单丝扭摆微牛级推力测量系统。基于扭摆式微推力测量原理,给出了微推力测量装置详细设计方案,重点分析了扭丝结构、角位移测量、电磁标定力以及闭环控制系统,通过实验测量对该微推力测量装置进行标定,最后开展误差分析。测试结果表明,开环状态下扭丝刚度约为0.00325 N·m/rad,与理论值误差约4.0%;闭环状态下推力测量范围0.1~246.0μN,最小分辨率优于0.1μN,相对不确定误差为1.174%,满足对微推力器推力测量范围、分辨率和精度的测量要求。

关键词：微牛电磁力标定系统参数标定仿真模拟微推力测量

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三丝扭摆微推力在线测量方法及不确定度分析

测控技术 2012年第5期31卷 45-48页

作者：宁中喜范金蕤哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150080

介绍了一种利用三丝扭摆在线标定和测量毫牛级微推力的方法,该方法采用扭矩平衡和光杠杆放大的原理,将推力器的微小推力转化为光斑的大位移。为消除环境和热等诸多外界因素的影响,使用了砝码在线标定方法,并分析了其测量不确定度。结果... 详细信息

介绍了一种利用三丝扭摆在线标定和测量毫牛级微推力的方法,该方法采用扭矩平衡和光杠杆放大的原理,将推力器的微小推力转化为光斑的大位移。为消除环境和热等诸多外界因素的影响,使用了砝码在线标定方法,并分析了其测量不确定度。结果表明,使用该方法后在有效的推力测量范围内合成不确定度最小可达到1.5%。

关键词：三丝扭摆微推力测量在线标定不确定度