高精度电磁标定力的产生及其特性分析.pdf

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1、第３８卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ８２０１７年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１７高精度电磁标定力的产生及其特性分析王大鹏，金星，周伟静，李南雷（装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京１０１４１６）摘要：高精度标定力的产生是微推力高精度测量的关键之一。电磁力具有非接触、结构简单、容易控制等优势，成为微推力测量系统有效的标定力产生方法。针对微推力测量对于电磁标定力的性能要求，研究了磁铁与线圈之间相对位置变化对电磁力大小的影响关系，通过仿真计算得到了轴向距离、径向偏差、相对倾角变化

2、下的电磁力输出特性：相对倾角、径向偏差不为０时，电磁力均会变大，且关于磁铁中心轴线具有对称性，沿轴向距离，电磁力先增大后减小。基于天平称重法，设计了可三维调节的电磁力测量装置，提出了轴向距离、径向偏差、相对倾角的归零调节方法；获得了电磁力较为完备的力学特性，通过分段拟合方法，解决了在较小标定力时相对误差较大的问题，确定了电磁力及电流的控制关系及相对位置变化范围；提出了不敏感角、不敏感径向偏差、不敏感轴向距离区间等新概念，为电磁力产生装置的性能表征提供了具体参数。关键词：电磁力；微推力测量；标定；误差中图分类号：ＴＨ７３Ｖ４３９．７文献标识码：Ａ国家

3、标准学科分类代码：４６０．４０ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅＷａｎｇＤａｐｅｎｇ，ＪｉｎＸｉｎｇ，ＺｈｏｕＷｅｉｊｉｎｇ，ＬｉＮａｎｌｅｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬａｓｅｒＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＡｃａｄｅｍｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１４１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅｉｓｏｎｅ

4、ｏｆｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｔｈｒｕｓｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ，ｃｏｎｔｒｏｌｅａｓｉｎｅｓｓａｎｄｅｔｃ．，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅｉｎｍｉｃｒｏｔｈｒｕｓｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａ

5、ｇｎｅｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅｉｎｍｉｃｒｏｔｈｒｕｓｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔａｎｄｔｈｅｃｏｉｌｏｎｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｓｆｏｃｕｓｅｄ．Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｗｉｔｈｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔａｎｃｅ，ｒａｄｉａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ｒｅｌａｔｉｖｅａｎｇｌｅｃｈａｎｇｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉ

6、ｍｕｌａｔｉｏｎ：ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｓｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｎｇｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔａｎｄｗｉｌｌｂｅｃｏｍｅｌａｒｇｅｒｗｈｅｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｒａｄｉａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎａｒｅｎｏｔｚｅｒｏ；ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｈｅｎａｘｉａｌｄｉｓｔａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｌａｎｃｅｗｅｉｇｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａ３Ｄａｄｊｕｓｔａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏ

7、ｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄａｚｅｒｏａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆａｘｉａｌｄｉｓｔａｎｃｅ，ｒａｄｉａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅａｎｇｌｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐｌｅｔｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｐｉｅｃｅｗｉｓｅｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌａｒｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｉｎｓｍａｌｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｃｅｏｕｔｐｕｔｉｓｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ

8、ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｓｏｂｔａ