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静电悬浮加速度计反馈引起闭环点漂移机理及抑制方法

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中国惯性技术学报 2014年第5期22卷 682-687页

作者：刘爽刘云峰董景新清华大学精密仪器系高精度导航技术教育部重点实验室

静电悬浮加速度计的检测质量闭环点位置偏离电极框中心时会造成系统非线性误差,调整检测电路输出电压可调整检测质量闭环点,而在调整过程中发现反馈电压变化会引起电容检测电路输出电压漂移,从而影响闭环点调节精度。为解决此问题,研究... 详细信息

静电悬浮加速度计的检测质量闭环点位置偏离电极框中心时会造成系统非线性误差,调整检测电路输出电压可调整检测质量闭环点,而在调整过程中发现反馈电压变化会引起电容检测电路输出电压漂移,从而影响闭环点调节精度。为解决此问题,研究了闭环点位置与检测电路输出电压变化的关系,推导了检测电路传递函数,初步确定了反馈电压对检测电路输出电压影响的原因是隔直电容选取不恰当,通过实验对比了材料为C0G、Y5P、X7R及SL的多层陶瓷电容作为隔直电容时输出电压与反馈电压关系。实验结果表明:采用低温漂、耐高压和受频率影响小的C0G电容作为隔直电容能够消除反馈对检测电路引起的输出电压漂移,从而消除调节闭环点过程中闭环点位置的漂移,并且能提高检测电路稳定性。

关键词：非线性闭环点漂移 C0G电容静电悬浮加速度计

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静电悬浮加速度计轴间耦合误差角的在线测量

光学精密工程 2015年第2期23卷 415-422页

作者：刘爽刘云峰董景新清华大学精密仪器系高精度导航技术教育部重点实验室北京100084

静电悬浮加速度计轴间耦合误差角与悬浮质量块的平行度误差有关,而常规方法很难测量其大小和方向,故本文提出了一种变预载轴间耦合误差角在线测量方法。通过分析悬浮质量块平行度误差、耦合误差角、姿态角与静电力耦合的关系,推导了变... 详细信息

静电悬浮加速度计轴间耦合误差角与悬浮质量块的平行度误差有关,而常规方法很难测量其大小和方向,故本文提出了一种变预载轴间耦合误差角在线测量方法。通过分析悬浮质量块平行度误差、耦合误差角、姿态角与静电力耦合的关系,推导了变预载法进行在线耦合误差角精确测量的原理和公式。设计了静电悬浮加速度计原理样机,并利用该样机对提出的测量方法进行了实验验证。实验测得X向对Y/Z向耦合误差角分别为-5.10×10-4 rad和2.36×10-5rad,与理论分析相符。该方法同样适用于Y向对X/Z及Z向对X/Y的耦合误差角的在线测量。上述结果表明该方法可以有效、精确地完成静电悬浮加速度计不同轴之间耦合误差角的在线测量。

关键词：静电悬浮加速度计耦合误差角姿态角变预载在线测量

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静电悬浮加速度计的地面重力倾角标定方法

宇航学报 2011年第3期32卷 688-696页

作者：薛大同中国空间技术研究院兰州物理研究所兰州730000

静电悬浮加速度计是重力场测量卫星上的主要载荷之一,其传感头(飞行件)需要在环境试验前后进行地面重力倾角标定。由于敏感轴之间的耦合机理不同于传统加速度计,所用的模型方程亦有所差别;由于失准角远大于量程范围内的重力倾角,无法采... 详细信息

静电悬浮加速度计是重力场测量卫星上的主要载荷之一,其传感头(飞行件)需要在环境试验前后进行地面重力倾角标定。由于敏感轴之间的耦合机理不同于传统加速度计,所用的模型方程亦有所差别;由于失准角远大于量程范围内的重力倾角,无法采用传统的静态标定法确定模型方程各参数。必须采取技术措施使得三阶非线性系数可以忽略,才能在专用摆台上用动态标定法大致判断标度因数和检验成对加速度计模型方程各参数的一致性,用电模拟法得到二阶非线性系数。对动态标定法,提出了防止频谱泄漏和幅度谱中压低噪声干扰幅度的措施。对电模拟法,用实例给出了具体实施方案和效果。

关键词：卫星重力测量静电悬浮加速度计地面标定标度因数二阶非线性系数

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静电悬浮加速度计的地面测试与评定方法综述

宇航学报 2011年第8期32卷 1655-1662页

作者：薛大同兰州空间物理技术研究所兰州730000

本综述将静电悬浮加速度计性能指标项目归为五类,阐述了它们与需求的关系,强调了采样率为10SPS、相应的闭环传递函数带宽为3Hz的必要性。指出实验室标定会受到环境振动噪声的干扰,通常的标定方法均不适用,静态标定的首要困难在于准确测... 详细信息

本综述将静电悬浮加速度计性能指标项目归为五类,阐述了它们与需求的关系,强调了采样率为10SPS、相应的闭环传递函数带宽为3Hz的必要性。指出实验室标定会受到环境振动噪声的干扰,通常的标定方法均不适用,静态标定的首要困难在于准确测定失准角;用专用摆台作动态标定可以大致判断标度因数并观察两台加速度计模型方程各参数的一致性;为了在专用摆台上进行各项性能测试,加速度计检验质量需要在地面重力下悬浮;落塔试验的功用有限,并非加速度计性能指标的量化评定试验;射前检验加速度计噪声采用分析证实的方法,为了降低噪声,必须依靠详尽的理论分析和实验验证,一一找出各种影响因素及其影响程度,采取有力措施,切实加以改进。

关键词：卫星重力测量静电悬浮加速度计动态标定落塔试验噪声分析

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静电悬浮加速度计与真空有关的噪声分析

真空科学与技术学报 2011年第5期31卷 633-640页

作者：薛大同兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室兰州730000

从麦克斯韦速率分布函数和克努曾的"吸附层"假说出发,推导出静电悬浮加速度计核心部分因辐射计效应和残余气体平衡态阻尼引入的加速度热噪声表达式。指出辐射计效应是加速度计噪声的一个重要来源,气体阻尼的影响相对较小;加速度计长期... 详细信息

从麦克斯韦速率分布函数和克努曾的"吸附层"假说出发,推导出静电悬浮加速度计核心部分因辐射计效应和残余气体平衡态阻尼引入的加速度热噪声表达式。指出辐射计效应是加速度计噪声的一个重要来源,气体阻尼的影响相对较小;加速度计长期保持优良的高真空是控制这两项噪声水平的必要措施;认为出气效应比辐射计效应大一到两个数量级是错误的。

关键词：真空静电悬浮加速度计噪声辐射计效应气体阻尼出气效应

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静电悬浮加速度计地面高压悬浮原理与应用

中国空间科学技术 2015年第5期35卷 56-63页

作者：陈光锋霍红庆王佐磊银东东雷军刚张小青席东学兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

静电悬浮加速度计是进行空间飞行器准稳态非重力精密测量的设备。静电悬浮加速度计研制中,需要借助高压悬浮来完成其功能和部分性能评价的相关工作。文章就地面静电悬浮加速度计检验质量高压悬浮中涉及的相关问题进行了理论分析,给出了... 详细信息

静电悬浮加速度计是进行空间飞行器准稳态非重力精密测量的设备。静电悬浮加速度计研制中,需要借助高压悬浮来完成其功能和部分性能评价的相关工作。文章就地面静电悬浮加速度计检验质量高压悬浮中涉及的相关问题进行了理论分析,给出了地面悬浮原理、高压电路实现形式、工作点选取、稳定性控制、高压静电力作用分析等,给出了实际试验结果,表明地面上系统在O.1 Hz附近具有10-8gn/Hz1/2左右的分辨率,并可在悬浮状态下,完成功能及相关性能测试,获得静电悬浮加速度计地面直接性能评价受限的主要因素,同时就存在的问题进行了讨论。

关键词：静电悬浮加速度计地面试验高压悬浮控制空间测量设备

静电悬浮加速度计噪声测试数据的频谱分析方法

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空间科学学报 2008年第1期28卷 55-63页

作者：薛大同中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所兰州730000

分析了不同系数的离散傅里叶变换公式的含意,并从中筛选出符合工程分析要求的正确公式.为使用快速傅里叶变换可采用多种方式使数据符合2的整数次幂,分析了各种方法的优缺点;分析了各种频谱的应用对象,得出静电悬浮加速度计噪声适宜采用... 详细信息

分析了不同系数的离散傅里叶变换公式的含意,并从中筛选出符合工程分析要求的正确公式.为使用快速傅里叶变换可采用多种方式使数据符合2的整数次幂,分析了各种方法的优缺点;分析了各种频谱的应用对象,得出静电悬浮加速度计噪声适宜采用功率谱密度,且在窗函数应用上宜选择与之符合的系数;给出了使用OriginLab公司Origin 5.0/7.0软件计算功率谱密度时所必须采取的纠正措施,提出地面测试静电悬浮加速度计噪声需采用差分方法以抑制环境噪声,具体操作方法是,将两台加速度计已扣除平均值的时域噪声值相减后除以2^(1/2).

关键词：静电悬浮加速度计噪声频谱分析功率谱密度

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静电悬浮加速度计伺服控制分析

空间科学学报 2009年第1期29卷 102-106页

作者：薛大同中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所兰州730000

根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星,据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动,得到检验质量在电极内运动的动力学方程,证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷;在此基础上分析... 详细信息

根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星,据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动,得到检验质量在电极内运动的动力学方程,证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷;在此基础上分析了伺服控制电路,给出了电阻尼系数、闭环自然谐振的角频率(或称为加速度计的基础角频率)、受静电负刚度等非受控刚度制约的角频率、来自于静电悬浮的加速度、检验质量的相对位移等一系列表达式,从而提出必须有足够的增益以提供适度的闭环自然谐振角频率.给出了位置噪声引起的加速度噪声表达式,证明当伺服回路的增益足够大时,在悬浮频带内检验质量的相对位移几乎为零.

关键词：静电悬浮加速度计动力学方程伺服控制增益

一种地面用静电悬浮加速度计的误差分析及仿真

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中国惯性技术学报 2020年第6期28卷 794-801页

作者：贺晓霞李娇娇李海霞韩丰田刘云峰清华大学精密仪器系导航技术工程中心北京100084

针对航空/航海重力及重力梯度测量、惯性导航等领域对高精度加速度计的迫切需求,提出了一种适合地面应用环境的高精度三轴静电加速度计方案。该加速度计敏感质量采用一种中心固定有一薄法兰盘的空心薄壁圆筒,圆筒内外侧与法兰盘两侧布... 详细信息

针对航空/航海重力及重力梯度测量、惯性导航等领域对高精度加速度计的迫切需求,提出了一种适合地面应用环境的高精度三轴静电加速度计方案。该加速度计敏感质量采用一种中心固定有一薄法兰盘的空心薄壁圆筒,圆筒内外侧与法兰盘两侧布置检测和加力电极。对影响静电加速度计性能的误差源及其作用机理进行了研究。基于MATLAB/Simulink,建立了一套三轴静电悬浮加速度计控制系统仿真模型,设计了加速度计的控制参数,并比较分别采用盘面电极与柱面电极作为敏感质量位移与姿态检测的测量电极时,典型误差源对加速度计标度因数的影响程度。仿真结果表明,采用柱面电极用于测量时标度因数稳定性可达10-9 V/g量级,比采用盘面电极提高了一个数量级。因此在工程中选择柱面电极作为敏感质量位移与姿态检测的测量电极。

关键词：静电悬浮加速度计误差源 PID控制仿真