一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，包括支架、導(dǎo)向機構(gòu)、水平彈簧振子和傳感單元，其中支架具有底板和處于底板水平兩側(cè)的側(cè)板，并作為其他元件的安裝載體；導(dǎo)向機構(gòu)水平懸掛在支架的兩個側(cè)板之間，并且它的兩端分別通過加工有外螺紋的堵頭與側(cè)板相連；水平彈簧振子包括作為待測量對象的小質(zhì)量物體和分別連接在其水平兩側(cè)的兩個彈簧，它整體套設(shè)在導(dǎo)向機構(gòu)上并且彈簧與堵頭上的外螺紋相嚙合；傳感單元包括霍爾傳感器，并用于對水平彈簧振子執(zhí)行簡諧振動的運動周期進行測量。通過本發(fā)明，能夠以結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于實現(xiàn)的方式執(zhí)行小質(zhì)量測量過程，同時具備測量精度高、可控性好等特點。
【專利說明】一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì) 量測量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 太空微重力環(huán)境中質(zhì)量的測量是航天員進行各項試驗研究中最重要的研究項目 之一，也是航天員長期飛行，長期生活進行健康防護所依據(jù)不可缺少的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)實際 任務(wù)的需要，可以把在微重力環(huán)境下質(zhì)量測量分為大質(zhì)量測量和小質(zhì)量測量，大質(zhì)量測量 目前在國內(nèi)已經(jīng)得到解決，而對于小質(zhì)量（本領(lǐng)域中通常表示200g?5000g的范圍）的測 量還鮮有報道?；谖覈d人航天的迫切需求，在太空實驗艙中有很大一部分質(zhì)量比較小 的實驗物品需要測量，相比大質(zhì)量的測量，它精度要求相對更高，難度更大。
[0003] 微重力狀態(tài)是指重力或其他的外力引起的加速度不超過1〇一?10e_4g時的狀 態(tài)，目前，國內(nèi)外在微重力環(huán)境下測量質(zhì)量的方法主要有四種：基于振動原理的測量方法、 基于牛頓第二定律原理的測量方法、基于動量定律的測量方法以及離心測量方法。例如，日 本研究者Koichi Maru等基于動量守恒和牛頓第一定律來對小質(zhì)量進行測量，其誤差可由 2. 4%左右降到0. 3 %左右；另一位日本研究者Toshiro Ono則利用頻率可控（FCM)方式對 太空環(huán)境下的物體質(zhì)量進行測量。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)仍存在操作不便、運算處理復(fù)雜和難 以實現(xiàn)等缺陷，因此本領(lǐng)域中有必要對此作出進一步的改進和完善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種用于太空微重力環(huán)境 的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，其中通過對其關(guān)鍵組件的設(shè)置方式及其測量算法進行改進，相應(yīng)可以 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于實現(xiàn)的方式執(zhí)行小質(zhì)量測量過程，同時具備測量精度高、可控性好等特 點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系 統(tǒng)，所述小質(zhì)量為200g?5000g的質(zhì)量范圍，其特征在于，該測量系統(tǒng)包括支架、導(dǎo)向機構(gòu)、 水平彈簧振子和傳感單元，其中：
[0006] 所述支架具有底板和處于底板水平兩側(cè)的側(cè)板，并共同構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)以作為其他 元件的安裝載體；
[0007] 所述導(dǎo)向機構(gòu)水平懸掛在支架的兩個側(cè)板之間，并且它的兩端分別通過堵頭與所 述側(cè)板相連；所述堵頭呈端部倒圓處理的圓柱體結(jié)構(gòu)，并在端部的外表面上各自加工有外 螺紋；
[0008] 所述水平彈簧振子包括作為待測量對象的小質(zhì)量物體、以及分別連接在小質(zhì)量物 體水平兩側(cè)的兩個相同彈簧也即第一彈簧和第二彈簧，由此共同構(gòu)成可沿著水平方向作簡 諧振動的彈簧振子結(jié)構(gòu)；該水平彈簧振子整體套設(shè)在所述導(dǎo)向機構(gòu)上，并且第一彈簧和第 二彈簧兩者的部分簧絲各自與所述堵頭上的外螺紋相嚙合；
[0009] 所述傳感單元包括安裝在支架底板上的霍爾傳感器和設(shè)置在小質(zhì)量物體上的磁 極，并用于對所述水平彈簧振子執(zhí)行簡諧振動的運動周期進行測量。
[0010] 作為進一步優(yōu)選地，上述測量系統(tǒng)基于以下公式執(zhí)行對小質(zhì)量物體的質(zhì)量測量：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，所述小質(zhì)量為200g?5000g的質(zhì)量范 圍，其特征在于，該測量系統(tǒng)包括支架、導(dǎo)向機構(gòu)、水平彈簧振子和傳感單元，其中： 所述支架（1)具有底板和處于底板水平兩側(cè)的側(cè)板，并共同構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)以作為其他 元件的安裝載體； 所述導(dǎo)向機構(gòu)水平懸掛在支架（1)的兩個側(cè)板之間，并且它的兩端分別通過堵頭（4) 與所述側(cè)板相連；所述堵頭（4)呈端部倒圓處理的圓柱體結(jié)構(gòu)，并在端部的外表面上各自 加工有外螺紋； 所述水平彈簧振子包括作為待測量對象的小質(zhì)量物體（7)、以及分別連接在小質(zhì)量物 體（7)水平兩側(cè)的兩個相同彈簧也即第一彈簧（5)和第二彈簧￠)，由此共同構(gòu)成可沿著水 平方向作簡諧振動的彈簧振子結(jié)構(gòu)；該水平彈簧振子整體套設(shè)在所述導(dǎo)向機構(gòu)上，并且第 一彈簧（5)和第二彈簧（6)兩者的部分簧絲各自與所述堵頭（4)上的外螺紋相嚙合； 所述傳感單元包括安裝在支架（1)底板上的霍爾傳感器（8)和設(shè)置在小質(zhì)量物體（7) 上的磁極（9)，并用于對所述水平彈簧振子執(zhí)行簡諧振動的運動周期進行測量。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，其特征在于，上述測 量系統(tǒng)基于以下公式執(zhí)行對小質(zhì)量物體的質(zhì)量測量：
其中，m表示作為待測量對象的小質(zhì)量物體的質(zhì)量，單位為kg ;m(l表示所述水平彈簧振 子中兩個彈簧的總質(zhì)量，單位為kg ;T表示所述水平彈簧振子執(zhí)行簡諧振動的運動周期，單 位為秒；k表示所述水平彈簧振子中兩個彈簧的勁度系數(shù)之和。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 導(dǎo)向機構(gòu)譬如由空氣軸承（2)和設(shè)置其上的直線導(dǎo)軌（3)共同組成。
4. 如權(quán)利要求1-3任意一項所述的用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，其特征在 于，所述小質(zhì)量物體（7)與第一彈簧（5)、第二彈簧（6)相連的部位同樣加工成堵頭結(jié)構(gòu)，該 堵頭結(jié)構(gòu)呈端部倒圓處理的圓柱體，并在端部的外表面上各自加工有外螺紋，由此與第一 彈簧（5)和第二彈簧（6)兩者的部分簧絲分別相嚙合。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于太空微重力環(huán)境的小質(zhì)量測量系統(tǒng)，其特征在于，上述測 量系統(tǒng)還包括中央處理單元，該中央處理單元用于對所述傳感單元所測得的數(shù)據(jù)進行計算 處理，并輸出至顯示單元予以輸出。
【文檔編號】G01G9/00GK104142174SQ201410360068
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王院生, 汪洪艷, 栗慶元 申請人:湖北三江航天險峰電子信息有限公司