[发明专利]一种基于声弹性技术的电推进领域微推力瞬态测量系统

说明书

本发明涉及一种基于声弹性技术的电推进领域微推力瞬态测量系统。通过测定其受力时引起的声时变化，显示其受力的大小和分布规律。同时采用高精度测量芯片记录声时，近似反映推力器的实时变化。本发明是非接触式测量，也是非破坏性的测量方法，不需要在结构物上直接安装传感器或其他测量装置，可以降低机械振动、供电线缆对推力测量的干扰，解决目前常用微推力和微冲量测量装置存在的零点漂移、平衡位置不稳定、标定困难以及精度低等问题。

技术领域

本发明涉及一种微推力测量系统，尤其涉及在电推进领域对其微推力实时测量系统。

背景技术

目前，国内对电推进推力器的微推力和微冲量的高精度测量，比较常见是基于单摆、倒立摆、扭摆等推力测量系统。其中，基于倒立摆原理的电磁天平测量冲量时，存在严重的零点漂移，电磁天平平衡位置不稳定也导致了测量精度较差，因此，一般只能用来定性或半定量分析。

相对而言，采用扭摆测量推力或冲量具有较高的精确度和敏感性，扭摆的历史可追溯到1798年卡文迪许为了测量重力加速度常数而发明的扭秤。随着对扭摆测量装置的不断改进，其测量范围变得更加广泛，C.Phipps等人设计了一种采用静态标定的扭摆，来测量激光烧蚀微推力器产生的纳牛秒量级的冲量。尽管扭摆测量系统具有如此优点，但是其只能对推力器产生的平均推力和冲量进行测量，难以解决涉及到推力器瞬时推力的问题。

现阶段测量瞬时推力应用较为广泛的主要是压电式传感器，包括压电晶体、压电陶瓷以及PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感器，其优点在于能够将待测推力转换为电压，可以精确测量变化的推力，并且具有响应快、灵敏度高以及结构简单等诸多优点。但是压电式传感器的工作环境要求苛刻，易受到电推力器工作过程中电磁场的影响，导致测量结果不准确或测量无法正常进行。

声弹性是研究结构、流体和声场相互作用的一个力学分支,它涉及船舶、水中兵器、飞机、汽车、建筑、化工以及海洋和水利工程等诸多领域。任意弹性结构在各种外力作用下产生强迫振动,并向周围或内部声介质中辐射声波,声波又以负载形式反作用在弹性结构上,改变结构的振动甚至可能改变激励外力,形成激励--结构--流体--声场耦合的力学系统。声弹性研究的主要任务是建立这种耦合系统的基本力学和声学关系,研究和分析结构受激振动和声辐射的特征和规律。声弹性方法是无损测量应力的一种方法，可以测量整个声传播路径上的应力，测量深度大，设备简单灵活，并且具有很好的经济性，是一种分析非透明材料应力的新方法。材料的应力引起波速的变化，通过测量波速的变化即可得出应力的变化，而如果设定同样的距离，可以通过测定声时的变化得出波速的变化最终体现应力的变化。本发明将声弹性方法应用推力器瞬态推力的测量领域，一方面具有结构简单、易于操作以及可靠性高等优点，最重要的是为解决传统推力测量方法难以测量瞬态推力的问题提供了方法。