一种适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置

摘要

本发明提供一种适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置，包括支架、横向位移调整装置、纵向位移调整装置、斜度调整装置、纵向距离测量装置、非导磁固定块和非导磁固定架。非导磁固定块用来固定永磁铁，隔离磁场对天平的影响，并和永磁铁一起放置在电子天平托盘上。横向位移调整装置、纵向位移调整装置和斜度调整装置安装在一起形成一体化调整装置。非导磁固定架用来固定线圈，与一体化调整装置连接为一体，通过支架悬在永磁铁上方。纵向距离测量装置用来测量永磁铁和线圈的相对偏移距离。当线圈通以一定电流时，读取天平示值变化量，即可获得线圈和永磁铁在不同轴心偏移距离、不同相对偏移距离和不同相对倾斜角度情况下的电磁力大小。

说明书

技术领域

本发明属于力的测量技术领域，涉及一种适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置。

背景技术

微小推力测量系统用来测量微小推进器的推力，该推力通常小于1N。在测量系统研制和验证过程中，需要能够模拟出微小推力的施力器。电磁力法具有较大的优势：①非接触；②幅值可连续调整；③具有良好的线性关系；④适合在真空环境下远程控制，成为普遍采用的推力模拟方法。电磁力法采用永磁铁和多匝线圈结构，将线圈放置在永磁铁产生的高密度磁场中，并通以直流电，在磁场和线圈之间产生的力直接与电流成比例。使用时，将永磁铁安装在推力测量系统的执行部件上，将线圈安装在固定部件上。永磁铁和线圈之间的电磁力的精确度对微小推力测量系统的精确度至关重要。但永磁铁和线圈之间的电磁力无法精确计算，而且易受线圈和永磁铁未对准和距离影响，需要精确标定，通常采用电子天平法。

面对微小推力测量高精度的要求，如何对电磁施力器精确标定，全面掌握电磁施力器的力学输出特性，从而达到高精度评价微小推力测量系统的目的，是本领域技术人员极为关注的技术问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置，能够标定出电磁施力器的线圈和永磁铁在不同轴心偏移距离、不同相对偏移距离和不同相对倾斜角度情况下的电磁力大小，从而全面分析电磁施力器的力学输出特性。

本发明的具体技术方案为：适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置包括支架、横向位移调整装置、纵向位移调整装置、斜度调整装置、纵向距离测量装置、非导磁固定架和非导磁固定块。

非导磁固定块采用韧性ABS树脂材料通过3D打印制作，采用中空结构，质量轻，在上表面开有和永磁铁截面形状相同、高度为0.5mm的凹槽，用来固定永磁铁。非导磁固定块放置在电子天平的托盘上，可以隔离永磁铁磁场对天平的影响。电子天平放置在光学平台上。

横向位移调整装置、纵向位移调整装置和斜度调整装置安装在一起形成横向偏移、纵向偏移和倾斜角度的一体化调整装置。非导磁固定架用来固定线圈，与一体化调整装置连接在一体，通过支架悬在永磁铁上方。纵向距离测量装置通过安装座连接在支架上，用来测量永磁铁和线圈的相对偏移距离。支架安装在光学平台上。

当线圈通以一定大小电流时，通过横向位移调整装置、纵向位移调整装置和斜度调整装置分别调整线圈相对于永磁铁的横向偏移距离、纵向偏移距离和倾斜角度，读取天平示值变化量，即可获得不同工况下的电磁力大小。整套标定装置可以标定线圈和永磁铁在不同轴心偏移距离、不同相对偏移距离和不同相对倾斜角度情况下的电磁力大小。

本发明的优势是：

1.精度较高。采用横向位移调整装置、纵向位移调整装置和斜度调整装置分别调整线圈相对于永磁铁的横向偏移距离、纵向偏移距离和倾斜角度，能够全面标定电磁施力器的力学输出特性。

2.灵活方便。横向位移调整装置、纵向位移调整装置和斜度调整装置可采用分度值较高的货架产品，组装灵活，使用方便。

3.通用性强。该装置对于非接触的施力器都具有通用性。

附图说明

图1为电磁施力器标定示意图；

图2为线圈和永磁铁相对距离计算示意图。

图中：1-横向位移调整装置；2-纵向位移调整装置；3-斜度调整装置；4-纵向距离测量装置；5-非导磁固定架；6-非导磁固定块；7-永磁铁；8-线圈；9-支架；10-安装座；11-托盘；12-电子天平；13-光学平台。

具体实施方式

现结合附图1和附图2，通过具体的实例，对本发明电磁施力器的标定装置做进一步详细描述。

请参见图1，适用于微小推力测量系统电磁施力器的标定装置包括支架(9)、横向位移调整装置(1)、纵向位移调整装置(2)、斜度调整装置(3)、纵向距离测量装置(4)、非导磁固定架(5)和非导磁固定块(6)。

请参见图1，非导磁固定块(6)在上表面开有和永磁铁(7)截面形状相同、高度为0.5mm的凹槽。

请参见图1，电磁施力器永磁铁(7)放置在非导磁固定块(6)的凹槽内，非导磁固定块(6)放置在电子天平(12)的托盘(11)上，电子天平(12)放置在光学平台(13)上。

请参见图1，线圈(8)悬于永磁铁(7)正上方，通过非导磁固定架(5)固定，非导磁固定架(5)与斜度调整装置(3)栓连，斜度调整装置(3)与纵向位移调整装置(2)栓连，纵向位移调整装置(2)与横向位移调整装置(1)栓连，横向位移调整装置(1)与支架(9)栓连，支架(9)栓连在光学平台(13)上。

请参见图1，纵向距离测量装置(4)通过安装座(10)连接在支架(9)上，用来测量永磁铁(7)和线圈(8)的相对偏移距离。请参见图2，永磁铁(7)和线圈(8)的相对偏移距离的计算公式为：x＝l₁+l₂-d₁-d₂-d₃，其中，l₂为纵向距离测量装置(4)测得，l₁、d₁、d₂、d₃可采用千分尺测量。

在本发明中，非导磁固定块(6)采用韧性ABS树脂材料通过3D打印制作，采用中空结构，质量轻，可以用来固定永磁铁，并且可以隔离永磁铁磁场对天平的影响。

在本发明中，横向位移调整装置(1)、纵向位移调整装置(2)、斜度调整装置(3)安装在一起形成横向偏移、纵向偏移和倾斜角度的一体化调整装置，可以用来调整线圈(8)相对于永磁铁(7)的中心偏移距离、相对偏移距离和相对倾斜角度；

在本发明中，当线圈(8)通以一定大小电流时，通过横向位移调整装置(1)、纵向位移调整装置(2)、斜度调整装置(3)分别调整线圈(8)相对于永磁铁(7)的横向偏移距离、纵向偏移距离和倾斜角度，读取电子天平(12)示值变化量，即可获得标定线圈(8)和永磁铁(7)在不同轴心偏移距离、不同相对偏移距离和不同相对倾斜角度情况下的电磁力大小。

本申请不局限于说明书和权利要求文字部分所限定的内容，任何本领域范围内公知的修改和变化都属于本申请的范围，说明书具体实施例部分仅是对本发明示例性的说明，不是对本发明的具体限定。