亚微牛级推力测量系统设计及实验研究
Design and experimental study of sub-micro-scale thrust measurement systems
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文摘
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空间引力波探测任务需要具有亚微牛级推力分辨率和推力噪声的微推力器来实现卫星平台高精度无拖曳控制任务,为了在地面对所需微推力器的推力进行标定,设计并研制了一套基于扭摆的亚微牛级推力测量系统.该系统选用高精度、高分辨率电容式位移传感器作为扭摆角位移传感装置,利用高精度电子天平对静电梳进行标定,再利用该静电梳标定扭摆,得到推力与角位移的关系.此外,研究了高精度弱力标定技术和亚微牛级微推力在线测量技术,分析了测量误差来源以及控制方案,最后利用静电梳产生标准弱力测量扭摆推力分辨能力和范围等.实验结果表明:该系统可测推力范围为0~ 400 µN,分辨率达到0. 1 µN,背景噪声功率谱密度优于0. 1 µN/√Hz(10mHZ~1 Hz),满足空间引力波探测在10 mHz ~ 1 Hz频段推力测量需求. |
其他语种文摘
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The space gravitational wave detection mission requires a micro-thruster with sub-micro-scale thrust resolution and thrust noise to achieve high-precision drag-free control tasks for satellite platforms. In order to calibrate the thrust of the above-mentioned micro-thrusters on the ground,a set of sub-micro-scale thrust measurement systems using a torsion pendulum is designed. The system uses a high-precision and high-resolution capacitive displacement sensor as the torsion swing angle displacement sensing device. A high-precision electronic balance is used to calibrate an electrostatic comb,and the static comb is used to observe the torsion pendulum to obtain the relationship between thrust and angular displacement. In addition, high-precision weak force calibration technology and sub-micro-scale micro-thrust on-line measurement technology are studied. The measurement error source and control scheme are analyzed. Finally, the static weak comb is used to generate a standard weak force to measure the torsion pendulum thrust resolution capability and range. The experimental results show that the system can measure a thrust range of 0. 1 µN to 400 µN with a resolution that reaches 0. 1 µN,and a background noise power spectral density of better than 0. 1 µN/√Hz(10 mHz~1 Hz),which satisfies the requirements of space gravitational wave detection in the thrust measurement range of 10 mHz -1 Hz. |
来源
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中国光学(中英文)
,2019,12(3):526-534 【核心库】
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DOI
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10.3788/co.20191203.0526
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关键词
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引力波
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扭摆
;
微推力器
;
弱力测量
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地址
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1.
中国科学院力学研究所, 中国科学院微重力重点实验室, 北京, 100190
2.
中国科学院大学工程科学学院, 北京, 100049
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语种
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中文 |
文献类型
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研究性论文 |
ISSN
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2095-1531 |
学科
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航天(宇宙航行) |
基金
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中国科学院战略性先导科技专项
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文献收藏号
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CSCD:6517064
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参考文献 共
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共1页
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