一種空間慣性傳感器地面測試裝置的製作方法

2023-06-13 00:33:11 2

專利名稱：一種空間慣性傳感器地面測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及高精度慣性傳感器領域，具體涉及空間慣性傳感器計地面測試裝置。
背景技術：
高精度慣性傳感器在衛星導航與定位、無拖曳航天、重力衛星測量、基礎科學實驗 衛星等領域具有重要應用前景。目前研製最為成熟的高精度慣性傳感器是靜電懸浮加速 度計。靜電懸浮加速度計主要包括立方體慣性敏感質量(又名檢驗質量)、電容位移傳 感器、控制器和靜電執行機四部分，其基本原理是電容位移傳感檢測檢驗質量相對極板 框架的位移，再經過控制器反饋運算施加相應電壓到電容極板上，作用在檢驗質量上的 靜電力將檢驗質量拉回到其平衡位置，此時施加在極板上反饋電壓量度了電容極板框架
(安裝在某運動物體上)的加速度。高精度靜電懸浮加速度計由於靈敏度高、量程小， 在地面研製和測試過程中受到地球重力加速度的限制。國際上同行提出高壓懸浮和扭絲 懸掛兩種方案來補償地球重力加速度，並在此基礎上開展靜電懸浮加速度計的地面性能 檢觀!l ， 參考文獻E Willemenot and P Touboul， On-ground investigation of space accelerometers noise with an electrostatic torsion pendulum, Rev Sci Instrum 71 (2000) 302-309; ZB Zhou, SB Qu， HB Tu， YZ Bai, SC Wu, J Luo, Progress of ground test of inertial sensor for ASTROD 1， Int. J. Mod. Phys. D 17 (2008) 985-992。高壓懸浮方案可以模擬多個 自由度進行測試，其不足在於受到地面振動和高壓耦合效應，其地面檢測水平進一步提 高受到限制。採用扭絲懸掛方案可以有效克服地面振動影響，可以滿足高精度靜電懸浮 加速度計高解析度的測試。
對於靜電懸浮加速度計的地面扭擺檢驗方案而言，由於電容位移傳感引入的靜電剛 度遠遠大於懸絲的回覆剛度，且靜電剛度是負值的，因此在不施加反饋控制靜電力矩條 件下，檢驗質量在扭轉方向的運動是不穩定的，正好模擬了靜電懸浮加速度計在軌工作 情況。但是要注意的是，對於通常扭擺懸掛而言，參見圖l，檢驗質量僅在扭轉方向能 夠模擬靜電懸浮加速度計的工作情況，其它自由度上檢驗質量的運動仍是穩定的，因此，通常扭絲懸掛方案只能模擬一個扭轉方向失重狀態。

發明內容
本發明的目的在於提供一種靜電懸浮加速度計地面測試裝置，實現對靜電懸浮加速 度計三個轉動自由度上的性能測試。
一種空間慣性傳感器地面測試裝置，包括檢驗質量1、電容位移傳感器、控制器、 靜電執行機和懸掛機構3，所述懸掛機構3與檢驗質量1間的懸掛點位於檢驗質量1的 質心4。
本發明的技術效果體現在本發明採用將扭絲與檢驗質量連接點調節到檢驗質量質
心附近，如附圖2所示，如果懸掛點正好位於檢驗質量質心4，則檢驗質量l繞懸掛中 心兩個旋轉周期無限長，如果懸掛點低於檢驗質量質心4，繞另外兩個的轉動(圖中Y 和Z軸)也是不平衡的。因此，當扭絲正好懸掛在檢驗質量質心附近時(可以根據實驗 需要進行適當調節)，檢驗質量除了繞著扭絲方向的轉動(圖中X軸)可以模擬在軌工 作條件外，繞另外兩個水平軸(圖中繞Y軸和Z軸)的旋轉周期相應增加甚至使得該 自由度不穩定，能夠較好地模擬空間失重狀態。檢驗質量在這三個扭轉自由度上是不穩 定的，只有施加靜電反饋控制才能維持檢驗質量在這三個自由度上的穩定。其中電容位 移傳感器用來測量電容極板2與檢驗質量1之間的位移，控制器和靜電執行機用於反饋 控制檢驗質量1處於電容極板2的中心，這樣，可以在地面通過扭絲質心懸掛方案開展 靜電懸浮加速度計三個轉動自由度的性能測試，


圖1為通常扭絲懸掛方案示意圖； 圖2為檢驗質量質心懸掛示意圖； 圖3為質心安裝實施示意圖。
具體實施例方式
實現懸絲質心懸掛具體實施方案有很多，這裡給出一種實施例。如圖3所示，首先 測量檢驗質量l的質心，然後在檢驗質量1的質心處加工一通孔，懸絲以及懸絲固定連接物安裝在該通孔內，調節懸絲固定連接物的位置然後利用固定膠固定，這樣懸絲與檢 驗質量的連接處位於檢驗質量1的質心4附近。同時可以提供在檢驗質量表面固定微調 質量適當改變懸絲與檢驗質量1質心之間的距離獲得滿意結果。
本發明不局限用於靜電懸浮加速度計，也可用於其它慣性傳感器測試，不管針對哪 一種慣性傳感器，只要使用本發明技術方案均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種空間慣性傳感器地面測試裝置，包括檢驗質量、懸掛機構、電容位移傳感器、控制器和靜電執行機和，其特徵在於，所述懸掛機構與檢驗質量間的懸掛點位於檢驗質量的質心。
全文摘要
一種空間慣性傳感器地面測試裝置，包括檢驗質量、電容位移傳感器、控制器、靜電執行機和懸掛機構，所述懸掛機構與檢驗質量間的懸掛點位於檢驗質量的質心。本發明實現了對靜電懸浮加速度計三個轉動自由度上的性能測試，能夠在地面上更真實的模擬空間環境，對靜電懸浮加速度計的性能提供更全面的測試。
文檔編號G01P21/00GK101509935SQ20091006118
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者力 劉, 吳書朝, 周澤兵, 塗海波, 白彥崢, 俊 羅 申請人:華中科技大學