针对毫牛(mN)级电推进器输出推力的动态测量难题, 该文基于压电式扭矩传感器开发了一种微小力测量装置, 通过将推进器端“小力-大力臂”转化为测量端“小力臂-大力”的方式, 将推进器输出的微小力转化成扭矩测量, 实现了毫牛(mN)级微小力的测量。通过电磁力施加标准微小力的方式对测量装置进行静态标定, 非线性误差和重复性误差分别为1.26%和1.43%。采用脉冲激励响应实验法获得测量装置在推力测量方向上的固有频率为35 Hz。试验结果表明, 该测量装置对mN级电推进器微小输出力测量的可行性。

针对微推力测量中电容位移传感器需要频繁标定非线性误差的问题, 提出了一种基于激光干涉的现场标定方法。标定原理为: 在直线位移台上同时调节可动角隅棱镜与测量目标的位置, 进而改变干涉光路光程差及电容位移传感器极板间距, 以激光干涉测量结果为基准, 采用线性拟合方法, 对传感器非线性误差进行标定。搭建了基于常用光学元件的干涉光路, 对应用于微推力测量中不同量程的传感器进行标定。在分析干涉光强变化特点的基础上, 确定了干涉条纹数计算方法, 得到干涉光路的位移测量精度为66.5 nm。实验验证了该校准装置的实用性和准确性, 最后对标定结果、传感器输出非线性误差以及影响激光干涉测量精度的主要因素进行了分析, 得到激光干涉测量总误差为67.2 nm。