基于扭秤的弱力測量的初步分析和校驗.pdf

1、A T h e s i si nS o l i dM e c h a n i c sB a s e d o n t h e 腑a k ．f o r c e T o r s i o n B a l a n c eM e a s u r e m e n t s P r e l i m i n a r y A n a l y s i sa n dV e r i f i c a t i o nB y Z h a o F e n g m i n

2、gS u p e r v i s o r ：A s s o c i a t e P r o f e s s o rL i Y i n g m e iV i c es u p e r v i s o r ：P r o f e s s o r K a n g Q iN o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t yJ u n e 2 0 1 3東北大學碩士學位論文 摘要基于扭秤的弱力測量的初步分析和校驗摘

3、要在科學技術日益發(fā)展的今天，人類對宇宙空間的探索越來越多。隨著人類空間科學活動的增多，空間飛行器的種類日益豐富并且先進。作為給飛行器提供動力系統(tǒng)的推進器，其發(fā)展已達到微牛頓量級。微推力測量裝置可以對推進器的推力進行精確測量，并且根據(jù)測量結果評估推進器的推力性能，指引推進器研究的改進方向，縮短推進器的研發(fā)時間和周期。本論文以空間微推進器的微推力測量作為研究對象，初步設計了一套完整的基于扭秤的弱力測量系統(tǒng)，采用兩步標定法作為實驗原理，即標準

4、弱力產(chǎn)生、扭轉角位移測量及標定。設計并制作了相應的實驗設備，包括扭絲夾具、扭擺系統(tǒng)、標準弱力產(chǎn)生裝置、真空系統(tǒng)的改造、角位移測量系統(tǒng)和基于P S D 的光杠桿參考測量系統(tǒng)等。通過兩步標定實驗，給出真空環(huán)境下標準弱力與扭擺的扭轉角位移之間的數(shù)學關系。在真空環(huán)境下的原理實驗中，測量了4 9 N - 1 8 0 9 N 范圍的微推力，測量精度可以達到3 0 N ，分辨率為1 心，給出整套測量裝置的最終標定結果為F o = A O - d ，其

5、中標定的系數(shù)為c = ( 1 ．9 0 6 3 = t - - 0 ．0 2 2 6 ) ×1 0 。g N ／r a d 和d 氣O ．7 6 5 8 + 0 ．1 4 1 1 ) l a N 。實驗中發(fā)現(xiàn)，角位移標定實驗中電磁螺線管間距變化、真空系統(tǒng)內的振動及溫度的波動等干擾因素對扭秤的測量會產(chǎn)生的影響，同時加工和裝配精度限制了扭秤系統(tǒng)的最小推力測量值。針對以上情況設計了相應的抑制和測量系統(tǒng)的改進方案，為下一步實驗工作的開