小尺寸超精密电动位移台

分享一下有关精密电阻的知识何为精密电阻，一般指精度高（万分之一以上）、温漂低（10ppm以下）及长期稳定性（年变化率小于50ppm）。从品种上讲可以有金属膜电阻、线绕电阻、金属箔电阻。但从整体指标上看，金属箔电阻明显要比其它几类电阻精密得多。第一只金属箔电阻是1962年由物理学家 FelixZandman博士发明的，在随后发展的五十多年间，金属箔电阻在要求高精度、高稳定性、高可靠性的应用方面远远超越其他电阻技术，满足了各种行业的高端应用需求，如航空航天、军用装备、精密测量、医疗设备等领域。目前世界上有三家公司掌握着这种电阻的生产技术，分别是以色列的Vishay（威世精密测量集团，包括被Vishay收购的AE）、中国的山东航天正和电子有限公司（原济宁元器件三厂）、中国的北京718友晟电子有限公司（原北京718厂）。从金属箔电阻的整体技术水平上来说，威士精密测量集团占有绝对的优势。尤其是新研发的Z-Foil金属箔电阻技术，使各项技术指标又有了大幅提高，如在-55℃～+125℃温度范围内、+25℃参考温度下，Z箔电阻具有±0.2 ppm/°C 典型TCR。 下面讲一讲其作为精密电阻的一些主要技术参数n 温度系数(TCR)l ±5 ppm/oC 典型(-55 oC to +125 oC, +25 oC ref.)n 额定功率l 1W at +125 oCn 负载寿命稳定性: ±0.005 %(50ppm) at +70 oC, 5000 小时n 精度: 0.005 % (十万分之五)n 阻值范围: 0.5Ω to 1 MΩn 静电放电负荷 (ESD) 至少25, 000 Vn 无感无容设计n 上升时间: 1 ns 无振铃n 热稳定时间 1sec (常规阻值的稳态值在10ppm以内)n 电流噪声: 0.010 μV (RMS)/Volt加载电压( - 40 dB)n 热EMF: 0.05μV/oCn 电压系数: 0.1 ppm/V

[b]1. [font=黑体]电子束尺寸测量的意义[/font][/b][font=宋体]通常电子束光刻（[/font]EBL[font=宋体]，[/font]Electron BeamLithography[font=宋体]）的曝光工艺，需要根据电子束的辐照密度确定曝光时间，准确测量聚焦电子束的尺寸才能得到准确的电子束辐计量。[/font][font=宋体]电子束斑测量可作为扫描电子显微镜（[/font]SEM[font=宋体]，[/font]Scanning ElectronMicroscope[font=宋体]）、透射电子显微镜（[/font]TEM[font=宋体]，[/font]Transmission Electron Microscope[font=宋体]）电子光学参数调校依据，可作为[/font]EBL[font=宋体]关键工艺参数。[/font][img=,364,266]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312271753391454_3326_5849699_3.gif!w364x266.jpg[/img][font=黑体]电子束光刻[/font][b]2. [font=黑体]电子束尺寸测量的方法[/font][/b][font=宋体]（[/font]1[font=宋体]）成像法[/font][font=宋体]使用电子轰击荧光屏，通过观察荧光屏判断电子束尺寸，考虑到光学传递误差，通常可观察最小电子束斑约[/font]10um[font=宋体]。[/font][img=,126,191]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312271753446949_597_5849699_3.png!w157x239.jpg[/img][font=宋体]（[/font]2[font=宋体]）扫描法[/font][font=宋体]利用法拉第杯来测量电子束电流，挡板水平运动遮挡电子束流，同时监测法拉第杯中电流变化，根据电流的微分曲线可以直接定量测量电子束的宽度，对于系统的分辨率具有较高要求。[/font][img=,554,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.jpg[/img][b]3. [font=黑体]阿米精控测量方案[/font][/b][font=宋体]阿米精控科技（山东）有限公司专注于纳米运动控制及超精密机电系统领域的创新设计及产品研发，是一家集研发设计、制造、销售于一体，拥有全自主知识产权的微纳测控及超精密自动化“系统级硬科技”公司。[/font]AttoMotion[font=宋体]纳米运动平台基于微纳柔性机构和压电执行器实现超高分辨力纳米运动，内置光栅[/font]/[font=宋体]电容微位移传感器，通过高性能纳米伺服系统实现闭环控制，具有亚纳米级运动分辨率、纳米级运动精度和高速、高动态轨迹扫描功能。[/font][img=,137,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg[/img][img=,185,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.jpg[/img][img=,133,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg[/img][font=宋体]技术特点：超高定位精度、多轴高动态协同联动、高刚度高负载、紧凑型结构设计、轴间运动学解耦设计、多运动模式（定位[/font]/[font=宋体]扫描）、可实现正置倒置的灵活应用、真空兼容性温度使用范围广、运动行程[/font]50~200[font='Cambria Math',serif]μ[/font]m[font=宋体]。[/font][font=宋体]应用领域：扫描电子显微镜、同步辐射光源、纳米操作、光纤定位和对准。[/font][b]3.1 [font=黑体]测量装置搭建[/font][/b][font=宋体]（[/font]1[font=宋体]）选用[/font]SEM[font=宋体]，测试过程中拔掉偏转线圈控制线或者采用点扫模式，使得电子束位置固定。[/font][img=KYKY-EM8100场发射扫描电子显微镜,383,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.jpg[/img] [table][tr][td=2,1] [align=center][font=宋体]扫描电镜（[/font]SEM[font=宋体]）详细参数[/font][/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center][font=宋体]分辨率[/font][/align] [/td][td] [align=center]3.0nm@1KV[font=宋体]（[/font]SE[font=宋体]）[/font][/align] [align=center]2.5nm@30KV[font=宋体]（[/font]BSE[font=宋体]）[/font][/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center][font=宋体]放大倍率[/font][/align] [/td][td] [align=center]6[font=宋体]倍[/font]-1000000[font=宋体]倍[/font][/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center][font=宋体]电子枪[/font][/align] [/td][td] [align=center][font=宋体]肖特基场发射电子枪[/font][/align] [/td][/tr][tr][td] [align=center][font=宋体]加速电压[/font][/align] [/td][td] [align=center]0[font=宋体]～[/font]30kV[/align] [/td][/tr][/table][font=宋体]（[/font]2[font=宋体]）三轴并联压电扫描平台[/font][img=,202,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.jpg[/img][img=,258,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.png[/img] [img=,230,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.png[/img][img=,401,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.jpg[/img][font=宋体]（[/font]3[font=宋体]）弱电流放大器[/font][img=,554,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.png[/img][font=黑体]可变增益弱电流放大器[/font][img=,481,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.png[/img][font=宋体]（[/font]4[font=宋体]）位移台安装[/font][font=宋体]位移台与转台绝缘，与大地相接，法拉第杯与转台相连，接弱电流前放。[/font][img=,554,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.jpg[/img][font=宋体]（[/font]5[font=宋体]）控制采集系统[/font][font=宋体]采用高动态数字微纳运动伺服器，电流和位置信息同步采集，采样率为[/font]10K/S[font=宋体]，采集时间[/font]10s[font=宋体]，纳米扫描台运动一个往复周期。[/font][img=,303,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image029.jpg[/img] [img=,177,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image031.jpg[/img][font=宋体]（[/font]6[font=宋体]）数据采集[/font][img=,512,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.jpg[/img][font=宋体]（[/font]7[font=宋体]）测试效果[/font][font=宋体]上方横线为硅片挡板边缘，中部方框为二次电子探测器信号。变亮时，电子被硅片挡住，增加了散射电子信号；变暗时，电子束落入法拉第杯，散射电子减小。[/font][img=,554,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.gif[/img][b]3.2 [font=黑体]测量结果[/font][/b][font=宋体]平台拥有极高的运动精度，往复运动电流和位置曲线完美重合。利用电流和位移的微分曲线，进行高斯拟合可以直接得到电子束的测量宽度。如图所示：加速电压[/font]5kV[font=宋体]，聚光镜值[/font]850[font=宋体]，束斑半高宽[/font]32.4nm[img=,348,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image036.jpg[/img][img=,344,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.jpg[/img][font=宋体]此外，由于单次采集时间小于[/font]5[font=宋体]秒，还可以监控电子束的稳定性。如下图所示，来回测量过程中电子束发生漂移情况。[/font][img=,359,]file:///C:/Users/AMI/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.jpg[/img]

摘要：航天器用各种大尺寸构件都普遍要求超低膨胀系数以保证构件尺寸的稳定性，传统热膨胀系数测试只针对长度100mm以下的小试样，已无法满足大尺寸构件的超低热膨胀系数测量，需要精确测量整个构件的超低热膨胀系数。本文对国内在大尺寸构件热膨胀系数整体测量方面的研究工作进行了综述，以了解国内目前的发展状况，给今后开展此方面工作提供参考和借鉴。1. 前言 在太空运行的各种航天器，由于没有大气层的保护，其环境温度变化很大，受阳面温度可高达上百摄氏度，而被阳面温度却在零下几十摄氏度。因此，航天器在空间环境中，由于材料的热膨胀，会引起航天器结构的尺寸变化。但是从航天器的某些部件和仪器的技术要求考虑，希望航天器的某些结构的稳定性要好，这一点对通讯卫星天线结构及敏感元件、太空望远镜的镜筒支架等的使用和安装尤为重要。尤其是卫星和望远镜桁架结构更要求其在一定的环境温度变化范围内不因热应力产生变形或者变形极小，即所谓零膨胀。传统热膨胀系数测试只针对长度100mm以下的小试样，已无法满足大尺寸构件的超低热膨胀系数测量。为适应航天器制造的要求，特别是对于以m为长度单位的E-08/K量级材料热膨胀系数需要更加准确的测试。因此，研究航天器用复合材料工程构件的超低膨胀测试方法和相应的测试设备，具有重要的科学意义和实用价值。 本文将介绍国内在工程构件级热膨胀系数测试方法和测试设备方面所开展的工作。2. 光纤位移传感器测试方法（1） 针对卫星用低膨胀纤维增强复合材料杆件，上海复合材料科技有限公司与国防科技大学合作开展相应的热膨胀系数测试系统研究，具体的测试要求为： （1）测试件是碳纤维复合材料杆件，杆件形状为圆杆或矩形杆。长度尺寸1m，圆杆直径φ10～80mm，壁厚为2mm左右。矩形杆的截面不超过100mm×100mm，壁厚2mm左右。 （2）能测量在温度范围-70～+100℃的轴向伸缩量，并测量相应温度，从而得出工程试件的热膨胀曲线。测量误差不大于±3%。 （3）试验箱能按要求的程序升温，升温程序可调，并能实时控制。对设定点的温度控制精度优于±1℃，测量精度优于0.5℃。试件周边温度的均匀性优于±2℃。 上海复合材料科技有限公司研制的这套热膨胀测试系统主要由温度控制系统、机械系统、数据采集系统、计算机控制与分析系统四大部分构成。 （1）温度控制系统：采用高低温试验箱，满足温度范围和温度控制要求。 （2）机械系统：包括测试系统的基座、测试基准、试件支架。 （3）数据采集系统：包括光纤位移传感器。 （4）计算机控制与分析系统：主要用于控制整个测试过程，实现测试数据的自动采集、分析、存储与测试结果的显示。 位移采集采用MTI2000光纤位移传感器，其特点是非接触式，最大量程2mm，分辨率为0.25um。MTI2000光纤位移传感器包含一组发射光光纤和一组接收光光纤，如图 2 1所示，发射光光纤和接受光光纤以三种不同方式排列（不规则、半圆心及同心圆形状），卤钨灯提供光源，光传输到光纤中，光纤探头发出的光照射在被测物上，被测物反射回来的光进入接受光光纤并传入到MTI-2000中。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610221657_614789_3384_3.png图 2-1 光纤分布示意图 如图 2-2所示，当光纤与被测物接触时，没有光能传输给接收光光纤，输出信号为“零”。随着探头与被测物之间距离的增加，接收光纤接收的光也增加，并且增加的光和距离之间非常敏感，与信号输出也呈很好的线性。随着距离的继续增加，接收光光纤接收到的光达到峰值，如果探头和被测物之间的距离继续增加，接收到的光将会持续减少，结果是具有第二个很灵敏且具有大量程和标准距离的测量范围。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610221657_614790_3384_3.png图 2-2 MTI2000光纤位移传感器输出信号与位移的变化关系 整个测量系统的测量基准利用低膨胀系数材料殷钢制作，测量基准包括殷钢连杆、传感器微调台和殷钢传感器夹具。测量基准至于试验箱外，因醋不受试验箱内温度变化影响，而且整个测量基准能够控制在0.5um/m℃以下。 被测件通过试件支架安装在试验箱内，试件支架包括殷钢V形架、低导率材料升降杆和剪式升降台，被测件水平置于V形架内，由V形架自动定心，从而保证被测件轴心与两个传感器侧头平行。被测件支架通过剪式升降台固定在大理石基础件上，不与试验箱体接触。 剪式升降台能够调整被测件在试验箱内高度，从而保证能够测量不同直径的被测件的热膨胀系数。在温度快速变化的情况下保证箱体和支架对称变形，同时减小支架的质量，以减小其热容，防止测量时受到支架变形影响而产生的缓慢漂移。 文献中并未报道此测试系统的结构，但根据分析可以大概此测试系统为双端面测试结构，即将两路光纤位移传感器对准被测件的两个端面，同时测量两个端面的位移，最终得到整个测试件的热膨胀长度变化。整个测试系统的结构如图2-3所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/10/201610221657_614791_3384_3.png图 2-3 低膨胀纤维增强复合材料杆件热膨胀系数测试系统结构示意图 从文献报道分析这套大尺寸构件热膨胀系数测试系统技术指标和测试结果，可以得出以下初步的结论： （1）位移传感器分辨率为0.25um，那么测量准确度基本也就在1um左右，这个测量准确度基本与千分表相同，所能测试的热膨胀系数最小也就在1E-06/K左右，还无法测试-7量级甚至-8量级的零膨胀系数材料。而目前的2m长构件热膨胀系数可以达到5E-08/K水平，由此可见采用这种测试方法无法满足目前零膨胀构件的测试需求。 （2）采用光纤式位移传感器所进行的位移测量，是一种相对测试方法，实际测量精度还需要采用更高级别仪器进行计量标定才能保证热膨胀系数测量准确性。 （3）采用已知热膨胀系数的铝材Ly12CZ（淬火状态）制成的测试件进行测量精度考核，测试件直径为φ20mm，常温下长度1m，壁厚为2.5的管型材。在-50?20℃测试温度范围内，测定的平均热膨胀系数为19.9E-6/K，20～100℃测试温度范围内，测定的平均热膨胀系数为21.4E-6/K。文中得出的结论是对于这种E-06/K量级的热膨胀系数测试偏差在7%以内。由此试验证明这套大尺寸只能测试E-06/K量级的热膨胀系数。 （4）文中报道了对直径?20mm、壁厚2mm、长度为1m的碳纤维复合材料圆杆热膨胀系数测试结果，测试温度范围为10～30℃。测试结果显示热膨胀长度变化量为-17.47um，线膨胀系数为-0.87E-06/K。文中仅报道了两次重复性测量，两次重复行测量重复精度为1.3%。由此可见这种碳纤维复合材料圆杆热膨胀系数很大，距离所需要的零膨胀系数差距很大。 （5）从文中报道可以看出，整个测试是以殷钢基座为基准，理论上这个测量基准能够控制在0.5um/m℃以下。但考虑到伸入试验箱内光纤长度的变化，以及并未采用同侧差分测量抵消光纤长度的技术手段，很大可能会出现碳纤维复合材料圆杆实际热膨胀系数很小，但此套装置并不能准确测试，测试结果反而是此装置的系统误差，即碳纤维复合材料圆杆很小的热膨胀以及完全淹没在测试系统误差内。 （6）尽管文中报道的碳纤维复合材料圆杆热膨胀系数测试结果在-0.87E-06/K左右，这表现出碳纤维复合材料圆杆生产工艺还未能实现整体圆杆的零膨胀，更表现出测试方法自身精度完全无法达到零膨胀测试需要，但这是目前国内对大尺寸管件低膨胀测试的首次尝试，尽管不成功但意义非常重大。从对1m长的圆杆测试结果可以看出，在10?30℃温度范围内，圆杆收缩了17.47um。那么如果采用取样方式进行热膨胀测试，取样尺寸如果为100mm，那么100mm小试样的受热收缩也仅仅为1.7um左右。对于这种不到2um的热膨胀，采用目前常规的热膨胀仪器都无法进行测量。文中所报道的1m长碳纤维复合材料圆杆热膨胀系数测试恰恰证明了低膨胀构件整体热膨胀系数测试的必要性，这点在超低热膨胀系数构件中显得更为突出。[color=#ff000

[color=#990000]摘要：为了实现阶梯光栅光谱仪的高精度测量，要在全过程中对温度和压力进行长时间的精密恒定控制。本文将针对阶梯光栅光谱仪中压力的精密控制，介绍压力的自动化控制技术，并详细介绍了具体实施方案，其中特别介绍了控制效果更好的双向控制模式。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#990000]一、问题提示[/color][/size] 阶梯光栅光谱仪作为一种全谱直读的光谱仪器广泛应用于天文、地矿、化工、冶金、医药、环保、农业、食品卫生、生化、商检和国防等诸多领域，但阶梯光谱仪的灵敏度会受到环境温度和压力的严重影响，因此阶梯光谱仪普遍要求对工作温度和压力进行精密控制，特别是压力控制要求达到很高精度，如果控制精度不够，则会带来以下几方面的影响： （1）压力波动会使得阶梯光谱仪内的气体折射率发生改变。 （2）压力波动也会造成光谱仪内外压差不同而造成光谱仪光路（特别是光学窗口处）的微小变形。同时，温度变化也会直接造成气压随之改变。 总之，为了实现阶梯光栅光谱仪的高精度测量，要在全过程中对温度和压力进行长时间的精密恒定控制。本文将针对阶梯光栅光谱仪中压力的精密控制，介绍压力的自动化控制技术，并详细介绍了具体实施方案。[size=18px][color=#990000]二、实施方案[/color][/size] 阶梯光栅光谱仪的压力控制系统结构如图所示。在具体实施过程中，需要根据具体情况需要注意以下几方面的内容：[align=center][color=#990000][img=阶梯光谱仪压力控制,550,355]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201211541151559_1872_3384_3.png!w690x446.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]阶梯光栅光谱仪压力控制系统示意图[/color][/align] （1）阶梯光谱仪的工作压力一般在一个大气压760torr附近，因此要选择在此压力下测量精度能满足设计要求的压力传感器。 （2）压力自动控制采用24位高精度PID控制器，如果24位测量精度还是无法匹配压力传感器精度，则需要更高精度控制器。 （3）压力控制采用双向模式，即同时调节进气和出气流量，但对于一个大气压附近的压力控制，一般是固定进气流量后自动调节排气流量实现压力恒定控制。 （4）针对不同尺寸的阶梯光谱仪工作腔室大小，需选择不同的出气流量控制阀。对于大尺寸空间工作室，出气流量控制可选用出气口径较大的电动球阀；而对于小尺寸空间工作室，出气流量控制则需要选择出气口径较小和更精密的电动针阀。抽气用的真空泵也是如此。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

[color=#990000]摘要：本文针对航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构的热变形测试，从样品的热膨胀系数测试到桁架全场大尺寸热变形测试，全方位提出了相应的解决方案。特别针对激光干涉法在大气环境下的高精度热变形测量，介绍了上海依阳公司开展的方案性试验结果，证明了激光干涉法完全可以用于大气环境下的位移测量，尽管测量精度有所降低，但完全可以满足百纳米量级的全场热变形测量，同时也证明了此方案的可行性，为打通整个技术路线奠定了基础。　　[/color][color=#990000]关键词：尺寸稳定性,桁架,激光干涉法,热变形,热膨胀系数,航天器[/color][align=center][img=,690,387]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232018598367_8587_3384_3.jpg!w690x387.jpg[/img][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#990000][b]1. 引言[/b][/color]　　从目前公开报道的相关文献来看，国内在航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构热变形测量方面还刚刚起步，还没找到有效可行的测试技术方向和手段，而对于尺寸高稳定性复合材料桁架的热变形测试，需要满足以下几方面的要求：　　（1）为长期控制结构在轨期间的变形，除需测量材料的热膨胀系数之外，还需测量材料的湿热膨胀系数。　　（2）为进一步降低复合材料的热膨胀系数，并获得超稳定的结构，还需深入研究复合材料的铺层设计、热膨胀系数的预测方法，同时提高样品级别的热膨胀系数测量准确性，要具备测量热膨胀系数1~5×10-8/K范围的能力。　　（3）为进一步提高复合材料桁架结构整体变形测量的准确性、减小测量不确定度，需具备模拟空间环境的真空（低气压）条件下的原位测量能力，利用真空环境消除或减弱热对流所带来的不确定度。更准确的说，要对大尺寸桁架结构0.1 um的总变形量要有准确的测试能力。　　本文针对上述要求，从样品的热膨胀系数测试到桁架全场大尺寸热变形测试，全方位提出了相应的解决方案。特别针对激光干涉法在大气环境下的高精度热变形测量，介绍了上海依阳公司开展的方案性试验结果，证明了激光干涉法完全可以用于大气环境下的位移测量，尽管测量精度有所降低，但完全可以满足百纳米量级的全场热变形测量。同时也证明了此方案的可行性，为打通整个技术路线奠定了基础。[b][color=#990000]2. 技术方案[/color][/b]　　技术方案主要针对材料样品和整体桁架两个尺度级别的测试进行设计。样品级别的热膨胀和湿膨胀系数测试还采用顶杆法，整体桁架的热变形和热膨胀系数采用目前位移测量精度最高的激光干涉法，并实现激光干涉法既可以在大气环境下又可以在真空环境下进行测量。整体技术方案如图2-1所示。[align=center][img=,500,354]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232024059437_8538_3384_3.png!w690x489.jpg[/img][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-1 热变形测试技术方案框图[/color][/align][color=#990000]2.1. 顶杆法高精度热膨胀系数测试方案[/color]　　为了实现样品级别的高精度-8量级热膨胀系数测量，测试方案包括以下几方面的内容：　　（1）采用传统顶杆法进行样品级别的热膨胀系数测量，顶杆的作用是将样品的尺寸变化传递出来，而不是非接触式激光干涉法直接对镜面样品表面进行测量。选择顶杆法的目的是降低样品制作难度和测量光路的调整难度。　　（2）顶杆法超低热膨胀系数测量装置放置在放置在大气环境中，由此在实现变温测量的同时，还可以进行变湿测量。另外，在大气环境下样品的辐射加热速度要比真空条件下快很多，这使得大气环境下的测试效率远高于真空条件下的测试。　　（3）普通热膨胀仪中的顶杆材料一般选用的是热膨胀系数为5.3×10-7/K的熔融石英，这限制了顶杆法热膨胀仪的测试能力。在±50℃范围内，可选用热膨胀系数小于1×10-8/K零膨胀材料，并结合基线修正，可使顶杆法具有非常高的测量精度。　　（4）在±50℃范围内，样品温度的热电偶测温传感器和电加热控制方式很容易造成将近1℃的测量不确定度，室温附近热物理性能测试的最大误差源往往都是温度项。为此选用高精度的液体循环浴加热方式和热敏电阻温度传感器，可大幅度降低温度项误差。　　（5）热膨胀测试中的位移传感器直接选用绝对测量的激光干涉仪，这样可以保证几个纳米的测量精度（不是分辨率）。　　（6）在超低热膨胀系数测试中，位移传感器随环境温度变化所带来的影响非常明显，所有高精度的位移传感器都有温漂指标。为此，要对位移传感器采取恒温措施，根据不同位移传感器的温漂指标确定传感器环境温度的稳定性和恒温手段。[color=#990000]2.2. 激光干涉法全场测试方案[/color]　　为了实现尺寸高稳定性复合材料桁架结构的全场热变形测量，如图2-1所示，测试方案选择采用激光干涉测试技术，这主要是基于以下几方面原因：　　（1）激光干涉测试技术是目前工程应用中测量精度最高的成熟技术，由于是基于波长长度的测量，所以激光干涉法是一种绝对测试方法，比较容易实现几个纳米的位移测量精度。　　（2）目前成熟的激光干涉测试技术，既可以测量热变形位移，又同时可以测量角度变化，非常适合桁架结构的全场热变形测量。　　（3）目前成熟的激光干涉测试技术已经解决了以往激光干涉法测量对环境振动的苛刻要求问题，不再需要特殊和昂贵的抗震减震措施，在普通实验室的一般隔振台上就可以进行高精度测量。　　激光干涉法全场测试方案是基于真空条件下的全场热变形测试，整个测试系统主要由真空系统、试验系统和测量系统三部分组成，整个测试系统放置在气浮隔振台上，如图2-2所示。[align=center][img=,690,274]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232024226897_8935_3384_3.png!w690x274.jpg[/img][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-2 真空型激光干涉法桁架全场热变形测试系统结构示意图[/color][/align]　　在实际测试过程中，根据被测对象情况，将激光干涉仪的分布位置设计为双端和单端测量布局两种形式。　　双端测量布局形式如图2-3所示。[align=center][color=#990000][img=,690,246]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232137181177_6207_3384_3.png!w690x246.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-3 双端测量结构示意图[/color][/align]　　双端测量布局具有以下特点：　　（1）光程差小，两端反射镜平行度要求不高，有利于保证测量精度。　　（2）多通道测量和扩展成本高，两台干涉仪只能测量一个试样。　　单端测量布局形式如图2-4所示。[align=center][color=#990000][img=,690,439]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232137381187_8450_3384_3.png!w690x439.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图2-4 单端测量结构示意图[/color][/align]　　单端测量布局具有以下特点：　　（1）光程差大（试件长度），两反射镜平行度要求高，可能会带来一定误差。　　（2）优点是便于今后多通道测量和扩展，一台激光器可带三台干涉仪进行三个试件测量。　　（3）关键是可以进行空载测量，确定系统误差。　　总之，对于尺寸高稳定性复合材料桁架结构的热变形高精度测量，采用真空型激光干涉法基本是国际上的主流测试方法，而且基本都是采用上述单端测量结构形式，由此可实现模拟空间真空环境的航天器桁架的原位热变形准确测量。　　尽管真空型激光干涉法可以实现很高精度的热变形原位测量，且非常适合航天器桁架结构的整体性能评价和考核，但在实际应用中还存在以下几方面的不足：　　（1）为满足庞大尺寸的航天飞行器桁架结构热变形测试，需要将整个桁架结构件完整放置在相应庞大的真空腔体内，并需要对真空腔体的光学窗口和真空度进行长时间的精确控制，以消除真空度变化带来的一系列影响，这使得整个测试系统非常复杂和造价昂贵。　　（2）在真空环境下热传递速度很慢，桁架的整体加热和控温方式很容易造成温度不均匀，而且桁架温度达到稳定需要漫长的恒温时间。因此对于大尺寸桁架的热变形测试需要采用分区加热方式，这造成加热系统也非常复杂，且恒温时间同样的漫长。　　（3）真空型激光干涉法测试系统的兼容性和灵活性较弱，需要采用巨大的真空腔体才能满足各种尺寸规格桁架的热变形测试，相应的调试工作量巨大。　　综上所述，对于航天器尺寸高稳定性复合材料桁架的热变形测量，特别是对于桁架管材和整体结构的研制和考核，更大的需求是测试简便快速、覆盖广和造价低的大气环境下的激光干涉法测试系统，在测量精度上至少要比国内目前采用的数字散斑法提高1~2个数量级。[b][color=#990000]3. 大气环境下激光干涉法位移测量试验考核[/color][/b]　　在大气环境下，大气中气体的波动会造成激光波长的改变，从而影响激光干涉法测量的准确性和稳定性，且非常容易造成试验过程中断，因此绝大多数激光干涉法测量基本都是在精确真空度控制条件下进行。　　为了考核大气环境下激光干涉法测量的准确性和稳定性，采用激光干涉仪位移测量系统，并结合各种不同的实验环境和密封手段，对不同光程长度进行了测试。[color=#990000]3.1. 可行性试验装置和方法[/color]　　可行性试验装置是在一个可拆装式木箱中放入一块0.6 m左右的石英板，石英板上分别放置参考反射镜和测量反射镜，并在石英板一侧固定激光器和干涉仪，整个木箱放置在气悬浮隔振台上，整个装置结构如图3-1所示。[align=center][color=#990000][img=,690,305]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232025524053_1160_3384_3.png!w690x305.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图3-1 可行性考核试验装置结构示意图[/color][/align]　　为考核方案的可行性，设计了两种测量模式，如图3-2所示。[align=center][color=#990000][img=,690,215]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232026226487_6991_3384_3.png!w690x215.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center][color=#990000]图3-2 测量模式示意图[/color][/align]　　在空载测量模式下，测量光和参考光都照射在一个平面反射镜上，这时激光干涉仪的位移测量值应为零。空载测量模式常用来考核激光干涉仪的系统测量误差，即考核各种试验环境条件对激光干涉仪位移测量的影响。　　在差分测量模式下，测量光和参考光分别照射在测量反射镜和参考反射镜上，两反射镜之间的距离变化量就代表被测物热变形大小，由此来考核大气环境下空气波动对激光干涉仪位移测量稳定性的影响。[color=#990000]3.2. 考核测试条件和结果[/color]　　为了模拟不同大气环境条件，设计了以下几种试验环境，如表3-1所示。[align=center][color=#990000]表3-1 大气环境试验条件[/color][/align][align=center][img=,690,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232026395370_1501_3384_3.png!w690x202.jpg[/img][/align]　　在以上测试环境条件下，分别进行空载和差分两种模式测量，每种模式下的测试持续15分钟（选择更长测试时间会受到环境温度变化带来的影响），并进行多次重复测量，计算出不同环境条件和测量模式下的测量误差平均值。测量结果如表3-2所示。[align=center][color=#990000]表3-2 考核试验结果[/color][/align][align=center][img=,690,323]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232026537688_1320_3384_3.png!w690x323.jpg[/img][/align]　　由表3-2所示的测试结果可以看出，通过增加密闭形式的木箱，可以大幅度降低空调和大气环境对测量带来的影响，在狭窄的密闭空间内，即使是大气环境下也能达到纳米量级的测量精度，由此证明了密闭容器大气环境下采用激光干涉法测量热变形技术方案的可行性。[color=#990000][b]4. 参考文献[/b][/color]　　（1）刘国青, 阮剑华, 罗文波, 白刚. 航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究. 航天器工程, 2014, 23(2):64-70.　　（2）马立, 杨凤龙, 陈维强, 齐卫红,李艳辉. 尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制. 航天器环境工程, 2016, 33(3).[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=center] [img=,690,215]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901232023218793_4119_3384_3.png!w690x215.jpg[/img][/align]

纺织品水洗尺寸变化恒温恒湿对试验结果的影响纺织品测试中，我们都知道‘缩水率’这个词，我们很多时候都把织物的水洗尺寸变化叫做‘缩水率’，其实水洗尺寸变化包括缩水和伸长，通俗的说就是有的样品洗过之后会缩短，有的样品洗过之后会变长，在产品的工艺和排版时都要考虑这一点，不然你买的衣服可能洗一次就没有办法穿了，这也就是为什么要测试水洗尺寸变化率的原因。水洗尺寸变化取样时的恒温和干燥后的恒温对其结果影响较大，所以这个测试除了洗水和干燥这个环节，其他都需要在恒温室进行操作，如果恒温室高精密空调坏了，一时半会又修不好，那该怎么办呢！因为高精密的恒温恒湿空调是高精密的，不同于一般的空调，所以配件也是有些需要等待配货，所以一旦恒温系统损坏，至少一个星期才能有配件，就是有现货的话也是需要公司总部审批，然后转到办事处，转来转去，耽误时间，那为了不耽误工作，有时我们还是要进行不太规范的测试，为了规避风险，我们做了一些对比测试，可以作为参考为了有一定的可比性，我选择了纯棉，聚酯纤维，莫代尔三种成分的面料，每个样品规格为2M*2M，无任何疵点，用于此次试验首先分别取样同一样品，每个取一组样品，每一组样品包含四个试样，把每一组样品一分为二，一份按标准要求放恒温室恒温恒湿，另一份放常温环境下，然后一起进行洗涤，干燥，测量。GB/T8629《纺织品试验用家庭洗涤及干燥程序》1.准备1.1打开电源，仪器显示开机界面，显示‘标准程序’，‘手动操作’1.1.1标准程序：1-10为GB/T8629-2001标准中的1A-9A，10为仿手洗的洗涤程序，11-12为IWSTM31标准中5A,7A的洗涤程序http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411200946_523733_2154459_3.jpg2.测试2.1把称量好的试样和陪洗布片放入洗衣机内，压紧手柄，关紧机门，此仪器已按国家标准设定为程序5，当进行国标试验时，可以直接选定程序5，点击界面，出现开机界面，选择‘标准程序’，选择程序‘5’，点击‘运行’，仪器开始进水，计时开始，在正常情况下进水需要2分钟，同时把溶解好的洗涤剂从上加水口加入， 2.2洗涤结束，关闭仪器，拿出试样和陪洗布片，轻轻打开试样，悬挂在室温的环境下悬挂晾干干燥后的试样一份放在标准的恒温恒湿室进行标准恒温恒湿，一份放在常温环境下按标准要求进行测量，三个试样测试结果如下表http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411201115_523746_2154459_3.jpg小结：通过上表可以看出，纯棉面料对恒温恒湿的条件要求较高，在不同温度下，测试结果还是有一定影响，聚酯纤维和莫代尔纤维的面料影响不大，在正常的误差范围，所以有些纤维还是要按照标准要求去操作，对于恒温恒湿系统有故障的时候，也尽量不能直接测试，不然会产生很大的误差，也有可能是错误的结果。标准化的操作是保证我们检测分析结果的准确度，精密度的保证，我们不能‘打折’遵循，要严格按照要求标准操作，这样才能最终有效‘保卫’我们检测分析的结果

[size=14px][color=#cc0000]摘要：相对于手动针阀和比例阀，数控电动针阀具有数字控制、高灵敏度、快速响应和磁滞小等特点。本文介绍了对标国外产品开发的灵巧型数控电动针阀国产化替代产品，产品具有相同的技术指标性能，但性价比更高。与国内类似数控电动针阀相比，具有体积小巧的特点，更具有二次开发应用的灵活性。同时结合24位高精度控制器，可以充分发挥数控电动针阀的精细调节能力。[/color][/size][size=14px][color=#cc0000][/color][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#cc0000]1. 概述[/color][/size][size=14px]　　针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。针阀中的针型阀塞能使得阀口开启逐渐变大，从关闭到最大开启能连续细微地调节。针阀做为一种可以精确调节的阀门，用途较广，主要用于气体流量、真空度和压力的精细调节和控制。[/size][size=14px]　　常用针阀的调节形式一般是手轮、手柄，但在实验室和工业自动化生产过程中往往需要可连接计算机和其他控制仪器的数字控制式针阀，针阀的开度可进行数字编程控制，如各种高精度分析仪器、半导体工艺设备、真空工艺设备和高精度流量控制等众多领域都会使用到数控电动针阀。[/size][size=14px]　　另外，相对于比例阀，数控电动针阀具有灵敏度高和磁滞小的特点。因此针对数控电动针阀的市场需求，上海依阳实业有限公司开发了步进电机驱动的数控电动针阀系列产品，对标国外相应的数控电动针阀产品，具有相同的技术指标性能，但具有更高的性价比。与国内类似数控电动针阀相比，具有体积小巧的特点，更具有二次开发应用的灵活性。同时结合24位高精度控制器，可以充分发挥数控电动针阀的精细调节能力。[/size][color=#cc0000][size=18px]2. 国内外现有数控电动针阀[/size][size=16px]2.1. 国内产品[/size][/color][size=14px]　　目前国产数控电动针阀普遍采用在标准针阀上增加常规电动执行器的结构形式，这种结构的典型产品如图2-1所示。采用电动执行器结构的数控电动针阀具有以下特点：[/size][size=14px]（1） 电源电压普遍为交流220V（或直流24V），控制信号为直流0~10V（或4~20mA）.[/size][size=14px]（2） 普遍借鉴了用于球阀和蝶阀的电动执行器，造成体积庞大。[/size][size=14px]（3） 固有可调比一般为50:1，调节和控制精度较差。[/size][size=14px]（4） 调节响应时间较慢，存在严重的滞后现象，开关时间至少5秒以上。[/size][size=14px]（5） 阀门口径普遍较大，最小也只能达到1/4”，比较适合较大流量的调节和控制。[/size][size=14px]（6） 整体耐压较高，比较适合高压大流量的调节和控制。[/size][align=center][size=14px][img=,690,416]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115042592_8525_3384_3.png!w690x416.jpg[/img][/size][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-1 典型国产电动执行器结构数控电动针阀[/color][/align][size=16px][color=#cc0000]2.2. 国外产品[/color][/size][size=14px]　　国外典型的数控电动针阀是英福康公司和MKS公司产品，如图2-2所示，其中英福康公司产品的型号为VDE016，MKS公司产品是“上游流量控制阀”系列（包括148J、154B和248D）。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115181789_3450_3384_3.png!w690x223.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图2-2 典型国外电动针阀[/color][/align][size=14px]　　国外电动针阀的显著特点是体积小，驱动控制采用独立的模块，这非常便于二次开发使用，图2-3是国外电动针阀的主要技术指标。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,390]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115283911_9315_3384_3.png!w690x390.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图2-3 国外典型电动针阀技术指标[/color][/align][size=14px]　　从上述技术指标可以看出，仅英福康电动针阀采用了步进电机控制方式，而MKS公司的产品基本都是典型的针型电磁阀，而电磁阀一般都具有较大的磁滞现象。[/size][size=14px]　　以目前价格进行比较，英福康电动针阀自身已配备驱动电路模块，整体价格在2万人民币左右，而MKS公司目前主推的产品是248D，价格在8千人民币左右，还需配备驱动电路模块（约5千人民币左右），合计价格在1.3万人民币左右。[/size][size=18px][color=#cc0000]3. 上海依阳数控电动针阀[/color][/size][size=14px]　　上海依阳实业有限公司开发的数控电动针阀是一种灵巧型的电子式双向计量针阀，更改了传统手动针阀的直通式结构，并采用了高精度直线步进电机驱动阀轴。数控电动针阀及其内部结构如图3-1所示。[/size][size=14px]　　步进电机驱动针的分辨率为0.0127mm/步进和0.0254/步进两种标准。低压差阀门可以连续运行（100%占空比）。断电是针阀处于常闭位置。[/size][size=14px]　　与电磁阀相比，步进电机驱动模式的最大优势是冷却操作，即没有因线圈加热而导致的控制操作问题、极高的分辨率、极低的压差和高操作压力。阀门可由直流12 VDC兼容逻辑电平和模拟0至2.5 VDC信号控制，也可采用RS485接口直接进行通讯控制。由此带来的好处是磁滞滞后小于2%，小于满量程的2.5%的出色线性度、2毫秒反应时间和数百万次的使用寿命。[/size][align=center][img=,690,409]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115396538_3429_3384_3.png!w690x409.jpg[/img][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图3-1 数控电动针阀内部结构示意图[/color][/align][size=14px]　　上海依阳实业有限公司的NCNV系列数控电动针阀的技术指标如图3-2所示。[/size][align=center][color=#cc0000][size=14px][img=,690,411]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101115509360_6271_3384_3.png!w690x411.jpg[/img][/size][/color][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图3-2 数控电动针阀技术指标[/color][/align][size=14px]　　NCNV系列数控电动针阀配备了一个步进电机驱动电路模块，以提供了所需电源和控制信号，並以将直流信号转换为双极步进电机的步进控制，同时也可提供RS485串口通讯的直接控制。驱动电路模块、接线方式及其尺寸如图3-3所示。[/size][align=center][size=14px][color=#cc0000][img=,690,219]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101116026977_6875_3384_3.png!w690x219.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#cc0000]图3-3 数控电动针阀驱动电路模块[/color][/align][size=14px]　　NCNV系列中各个型号的尺寸如图3-4所示。[/size][align=center][size=14px][img=,690,422]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/06/202106101116117396_5838_3384_3.png!w690x422.jpg[/img][/size][/align][color=#cc0000][/color][align=center][color=#cc0000]图3-4 数控电动针阀系列尺寸图[/color][/align][size=18px][color=#cc0000]4. 总结[/color][/size][size=14px]　　综上所述，上海依阳实业有限公司开发的数控电动针阀，采用了最先进的步进电机驱动技术，技术指标达到和超过国外产品，并具有较高的性价比。[/size][size=14px][/size][hr/][size=14px][/size]

[color=#990000]摘要：本文根据公开文献报道，介绍国内在航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构热变形测试技术方面的研究进展，分析国内现有技术手段存在的不足和问题，并明确了尺寸高稳定性复合材料桁架的技术要求，为下一步热变形测试技术明确发展目标。[/color][color=#990000]关键词：尺寸稳定性,桁架,热变形,热膨胀系数,航天器[/color][align=center][img=,690,390]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901221809393985_5910_3384_3.jpg!w690x390.jpg[/img][/align][hr/][color=#990000][b]1. 引言[/b][/color]　　尺寸高稳定性复合材料结构是轻质、高精度航天器结构的重要发展方向，欧美国家自上世纪90年代就开始研究零膨胀、高/超高稳定性的航天器复合材料结构，并用于太空望远镜及其他光学仪器的支撑结构、天线反射面和重力梯度仪基座等。　　传统航天器结构一般只要求高刚度、高强度、轻质量，对于尺寸稳定性的要求不是很高。但近些年来，随着遥感卫星、空间探测器、太空望远镜等高精度航天器对超稳平台的需求，尺寸高稳定性复合材料结构方面的研究也逐渐得到重视。　　2010年以来，我国航天领域也开展了尺寸高稳定性复合材料结构的工程应用研究，主要用于卫星相机和其他精密仪器设备的支撑。为了满足这些仪器高分辨率有效载荷设计及安装要求，各种仪器必须具备高稳定的结构安装平台，安装平台既起支撑连接作用，又要具备耐受真空、温度影响的高的尺寸稳定性。高稳定结构在满足刚度、强度要求的基础上，应进一步满足地面温湿度环境和空间交变温度环境下的结构微变形要求。因此，高稳定结构研制须解决结构热稳定性的测试问题，以验证高稳定结构的热稳定性设计，为仿真模型修正提供依据，并对最终航天器高稳定结构进行考核和评价。　　本文将根据公开文献报道，介绍国内在航天器尺寸高稳定性复合材料桁架结构热变形测试技术领域内的研究进展，分析国内现有技术手段存在的不足和问题，并明确了尺寸高稳定性复合材料桁架的技术要求，为下一步热变形测试技术明确发展目标。[color=#990000][b]2. 国内测试技术现状[/b][/color]　　根据文献报道，2013年中国空间技术研究院研制的某卫星高稳定、高精度复合材料桁架结构，如图2-1所示，承载着敏感器、天线等精密设备。[align=center][color=#990000][img=,690,213]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901221812085502_1103_3384_3.png!w690x213.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-1 尺寸高稳定性桁架结构示意图和坐标系[/color][/align]　　根据卫星的任务要求，该桁架结构不仅需要满足承载强度要求，而且还要保证其上设备与基准的相对位置或指向关系稳定不变，即在外部环境条件变化时，其结构几何尺寸变化很小或趋于零。为了满足设备的高精度安装及在轨高稳定性的要求，必须首先保证该桁架结构的制造精度及在轨的热稳定性。　　针对热稳定性的考核测试，文献从桁架材料样品的热膨胀系数测试和整体桁架热变形测试两个不同尺度上进行了研究。[color=#990000]2.1. 样品热膨胀系数测试[/color]　　样品级的热膨胀系数测试分别采用了德国耐驰公司的DIL 402C 热膨胀仪和国产热膨胀仪，并进行了测试结果对比，这两种仪器都是顶杆法热膨胀仪。因为受各种因素的限制，顶杆法热膨胀仪的测量精度最多能达到-7量级的水平，在没有采用低膨胀系数标准材料进行考核和校准的前提下，所以文献得到的桁架材料热膨胀系数测量结果只能确定在-7量级，无任何测量不确定度范围。　　造成普通顶杆法热膨胀仪测量准确性无法满足低膨胀/超低膨胀材料需求的主要原因如下：　　（1）热膨胀仪中的顶杆材料一般选用的是热膨胀系数为5.3×10-7/K的熔融石英，这就限制了顶杆法热膨胀仪的测试能力。　　（2）在-5~+50℃范围内，样品温度的热电偶测温传感器和电加热控制方式很容易造成将近1℃的测量不确定度，室温附近热物理性能测试的最大误差源往往都是温度项。　　（3）在普通顶杆法热膨胀仪中，测量样品变形的位移传感器测量不确定度往往在0.5~3微米范围内，并需定期进行计量校准。有些热膨胀仪只给出测量分辨率而不给出测量不确定度（或精度和误差等）和温度漂移指标，往往很容易夸大测试能力，需谨慎对待，需采用不同热膨胀系数范围的相应标准材料进行考核和校准。[color=#990000]2.2. 桁架全场热变形测试[/color]　　针对高稳定性桁架，文献认为其整体桁架结构最小热变形仅为2微米左右，在对桁架结构进行热稳定测试时设计了以下要求：　　（1）热稳定试验测试系统理论精度至少达到微米级；　　（2）测试系统须耐受一定环境噪声、设备噪声及温度波动；　　（3）整体桁架全场测量，尽可能减少测试仪器对结构热变形的影响，理想测试方法为非接触测量。　　针对上述要求，文献提出了基于数字图像的散斑测试技术，并进行了热稳定测试研究。散斑测量装置为定制丹麦Dantec Dynamics公司的Q-400测试系统，可非接触测量全场变形，如图2-2所示。在测试开始时，被测物体表面涂有随机散斑，通过2台专用高精度CCD相机追踪温度加载前后的散斑变化；采用相关算法计算出物体表面因变形引起的变化，获得每个点的三维位移矢量，进行计算出全场每点的变形值和应变值，变形测量精度达到微米级。[align=center][color=#990000][img=,690,351]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901221812272113_6108_3384_3.jpg!w690x351.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-2 Q-400测试系统[/color][/align]　　据文献报道，被测桁架结构由杆件和接头组成，最大外包络尺寸（未安装设备）为 1532 mm×837 mm×392 mm，温度范围为20～45℃，每间隔5℃测量一次变形，测试现场照片如图2-3所示。[align=center][color=#990000][img=,690,382]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/01/201901221813028822_5623_3384_3.png!w690x382.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2-3 热变形测试[/color][/align]　　整个测试过程中使桁架结构件经历7次热循环，随着循环次数增加，桁架结构变形量（天线a安装点相对敏感器c安装点的距离变化）减小，且逐渐趋于稳定，最初的变形量为3um/K，最终变形量为0.7um/K。相对于20～45℃的温度变化范围，近25℃的热循环温度变化使得桁架结构的总变形量范围应该为17.5~75um。如果天线a安装点与敏感器c安装点的间距按照1.5 m进行计算，那么相应的热膨胀系数变化范围为（0.7~3）×10-6/1.5=0.47~2×10-6/K，这与样品的热膨胀系数测试结果基本相吻合，多次热循环后的最终热膨胀系数处于一个量级。对于桁架结构上述变形量，采用数字散斑法还算能勉强进行测试，但如果桁架复合材料的热膨胀系数降低到5×10-8/K，那么桁架结构最终最小总变形量为25×1.5×5×10-8=1.9um，或0.075um/K；如果热膨胀系数再降低到1×10-8/K，桁架结构最终最小总变形量将为25×1.5×1×10-8=0.375um，或0.015um/K。对于这种微变形，再采用同量级精度的散斑法就无法进行测量，桁架结构的热变形规律基本淹没在散斑法的系统测量误差之内，而这种-8量级的超低热膨胀系数复合材料早在上世纪七八十年代NASA就应用在桁架结构中，这也是我国航天器复合材料桁架结构的必然趋势。　　综上所述，桁架结构数字散斑法热变形测试中存在以下几方面的问题：　　（1）测试前需要在桁架上涂覆散斑涂料，可能会给桁架带来影响。　　（2）在文献中，标称激光散斑测量变形的精度为1微米，这已经达到了激光散斑法的测量极限，无法满足今后低变形桁架的测试需要。　　（3）激光散斑法无法进行真空环境下的原位全场测量。　　（4）国外研究和应用桁架技术已有四十年以上的经历，对桁架及其复合材料的热膨胀系数和热变形进行过大量测试方法研究，但从未在相关报道中看到过采用散斑法测量桁架结构的热变形，绝大多数采用的都是准确性更高的激光干涉法。[b][color=#990000]3. 尺寸高稳定性复合材料桁架热变形测试要求[/color][/b]　　根据文献和国外的发展历程，对于尺寸高稳定性复合材料桁架热变形测试需要满足以下几方面的要求：　　（1）为长期控制结构在轨期间的变形，除需测量材料的热膨胀系数之外，还需测量材料的湿热膨胀系数。　　（2）为进一步降低复合材料的热膨胀系数，并获得超稳定的结构，还需深入研究复合材料的铺层设计、热膨胀系数的预测方法，同时提高样品级别的热膨胀系数测量准确性，要具备测量热膨胀系数1~5×10-8/K范围的能力。　　（3）为进一步提高复合材料桁架结构整体变形测量的准确性、减小测量不确定度，需具备模拟空间环境的真空（低气压）条件下的原位测量能力，利用真空环境消除或减弱热对流所带来的不确定度。更准确的说，要对大尺寸桁架结构0.1um的总变形量要有准确的测试能力。[color=#990000][b]4. 参考文献[/b][/color]　　（1）刘国青, 阮剑华, 罗文波, 白刚. 航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究. 航天器工程, 2014, 23(2):64-70.　　（2）马立, 杨凤龙, 陈维强, 齐卫红,李艳辉. 尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制. 航天器环境工程, 2016, 33(3).[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]