星载静电加速度计加转回路建模与分析

新型等效原理实验通过检验两个相同材料但自旋运动有显著差异的宏观物体的自由落体运动来验证等效原理可能存在的破坏。根据新型等效原理空间实验的科学目标,提出了一种星载差分静电加速度计方案,设计了基于可变电容式电机原理的静电加转回路;在分析了作用于转子上的静电加转力矩、残余气体阻尼及磁场阻尼的基础上,建立了转子加转回路的动力学模型并进行了仿真分析;仿真结果表明,启动过程使转子达到目标转速(10 000 rpm)的启动时间为9.8天。静电加转方法可在电极筒上同时配置加转电极与悬浮电极,结构紧凑,同时避免了传统的异步电机加转产生的电磁干扰。     

硅微静电加速度计的支承刚度特性

静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性与控制参数之间的关系式。采用基于DSP的数字控制器,实现了敏感质量的六自由度稳定支承,在大气环境下测试了静电支承回路的主要性能。分析与测试结果表明,在支承系统频带内,支承刚度特性与控制器参数及气膜阻尼系数密切相关;同时,改变预载电压可以在较大范围内在线调整加速度计的量程和支承刚度等指标。     

静电支承球形转子的恒速控制

本讨论静电支承球形转子的恒速控制问题。首先,介绍静电支承系统的基本工作原理,其次,建立静电支承系统的动力学模型。第三,分析采用PID控制器的支承刚度,第四,阐述形成静电旋转力矩的原理。最后,提出利用静电力恒速的方案与基本限制条件。     

小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩分析

推导了采用装配式电构结构的小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩计算公式,进行了仿真计算,并分析了转子的谐波、转子线位移、支承回路放大系数,转子极轴相对于电极坐标系的偏称对干扰力矩的影响,其结果对小型静电陀螺仪的设计与研制具有参考价值。     

六轴硅微静电加速度计的悬浮回路设计

传统的静电加速度计在空间微弱加速度测量方面可以获得极高的分辨率。提出了一种采用静电悬浮、可实现六轴加速度测量的微静电加速度计。敏感组合件采用玻璃-硅-玻璃三层键合结构、体硅加工工艺;检测质量采用"回"字形结构,以提高加速度计的径向量程和刚度。利用有限元软件分析了大气环境下检验质量的气模阻尼特性,对六自由度静电悬浮回路进行了建模与分析,提出了实现六轴加速度检测的控制方案。给出了静电悬浮回路的仿真结果,评估了六轴加速度计的性能。     

八电极静电陀螺支承系统的建模

八电极静电支承系统沿着四个非正交轴对转子施加静电力,这些作用力相互影响,因此需要对支承坐标进行垂直解耦。针对采用八电极方案的静电陀螺,给出了电极电容的计算公式和位移解算方法,推导了静电力计算公式,最后建立了八电极静电陀螺支承系统的模型并利用Simulink对系统进行仿真。仿真结果表明,在系统中加入解算矩阵和"3-4"变换矩阵后,可以使X、Y、Z三个轴向上对转子位移的控制相互独立,为转子的可靠支承奠定了基础。     

微静电陀螺仪再平衡回路设计

微静电陀螺仪依靠可控的静电力,将高速旋转的陀螺转子稳定地悬浮在高真空的电极腔中心,是一种能实现两自由度角速率测量的新型微机电陀螺。针对大角度、高角速率的捷联式惯性导航系统应用,对陀螺仪再平衡回路进行了设计。讨论了陀螺仪的动力学特性,给出了补偿负刚度特性的方法,采用双频波特图对系统稳定性进行了分析,给出了再平衡回路的性能仿真结果。仿真与分析表明,陀螺仪允许的最大输入角速度为768(°)/s,标度系数为6.44mV/((°)·s-1)。     

基于xPC Target的静电陀螺支承控制系统仿真

针对静电陀螺转子在电极腔内的运动特性,建立了具有负刚度特性的转子动力学方程。结合传统的3-4,4—3变换,建立了三路支承控制器,并采用MATLAB参数优化工具箱设计控制器参数。采用xPC Target及相应的接口电路建立了实时仿真平台,对支承控制系统进行实时仿真。实时仿真结果表明三路支承控制器能够对具有负刚度特性的转子运动进行有效控制。另外通过一个实际模拟电路验证了实时仿真平台的有效性,这对八电极小型实心转子静电陀螺的支承控制系统快速研制具有重要意义。     

在ESS中嵌入滤波器实现转子电场恒速的系统设计方法

对于空心大球转子静电陀螺仪,转速接近静电支承系统(ESS)的剪切频率,一般采用磁场恒速控制方法,因而介绍了一种电场恒速控制方法,通过在支承电路中加入滤波器,来提高支承系统的力矩系数,从而利用支承系统构成了恒速控制系统。实验结果表明,系统的稳定性满足要求,恒速精度优于0.1Hz。     

静电陀螺监控器几种启动模式比较及应用分析

静电陀螺监控器可以全天候提供连续高精度的位置及航向信息,其工作不受天气制约。该设备有码头启动和海上应急启动两种启动模式,海上应急启动根据载体所处的航行工况分为锚泊启动、漂航启动、等纬度航行启动三种模式。该设备启动流程较为复杂,分为陀螺对准、陀螺启动、六次校准、系统标定、系统导航五个子过程,不同启动模式对应的外界工况对各子过程的启动细节存在一定影响,进而导致不同启动模式设备导航精度存在一定差异。针对上述问题,通过分析设备结构和工作原理,结合测量船设备多次应用该设备的工作经验,将静电陀螺监控器几种启动模式对设备启动子过程的影响进行了综合比较分析,最后结合不同启动模式设备的导航精度提出了对应的应用建议,为静电陀螺监控器在不同状态下的启动和应用提供借鉴。     

硅微机械陀螺仪的新进展及其方案分析

介绍了国外硅微机械陀螺仪的新进展，综述了梳状驱动振动陀螺仪、压电棒式振动陀螺仪、电磁驱动音叉陀螺仪、振环陀螺仪、静电悬浮转于陀螺仗和微机械加速度计陀螺仪的结构、原理及性能。关键词     

Electrostatic effects on pressure drop in tube flows

Electrohydrodynamic effects on forced convection in tubes may have significant implications for enhancement of heat exchanger performance in heat pumps and other devices. Of particular concern in such applications is the possibility of increased pressure drop associated with electrostatic discharge. Large frictional losses could substantially increase the required pumping power, offsetting performance gains associated with improved heat transfer rates.

This articles describes a series of experiments designed to determine the effects of corona discharge on pressure fields for air flow in cylindrical tubes. Experiments were performed with a single concentric electrode in the tube and with two nonconcentric electrodes. Measurements were performed at potentials from the onset of measurable current to near the spark-over point and at Reynolds numbers from 10³ to 2 × 10⁴. Friction factors were seen to increase as much as 250 percent over the values obtained in the absence of an applied electric field. Results suggest that the electrostatic effect on pressure drop is very sensitive to current density, Reynolds number, and electrode configuration.     

静电火花法表征塑料导爆管起爆感度探索

提出了塑料导爆管轴向静电火花感度的概念、测试原理。用标准的静电感度测试仪配以一定结构的起爆针 ,建立了可用于导爆管感度测试的实验装置 ,采用升降法测出导爆管起爆所需静电能量并用它来表征导爆管的感度。用三种导爆管进行了感度测试 ,实验条件下其感度值E0 .50 分别为 0 .4 3、1.0 8、1.94J。     

静电陀螺监测器中静电陀螺仪的漂移误差模型

本推导了静电陀螺仪转子动量矩的运动方程,根据此方程并应用向量场理论,将造成静电陀螺漂移的外部干扰力矩划分为守恒力矩和非守恒力矩两部分。按照进动规律,最终得到静电陀螺监控器中陀螺仪漂移误差模型的全量形式。     

静电微电机微转子接触动力学特性分析

提出静电微电机中转子和固定轴承间相互接触的数学模型，对微尺度下的接触应力和应变 特性进行理论推导，分析静电微电机几何参数、静电力、材料特性及加载电压对接触宽度、 应力和应变特性的影响，对比研究不同工况下接触宽度、接触应力和应变的变化，并就相同 的问题进行有限元分析，探讨摩擦系数对接触区von Mises应力、应变和接触压力 的影响，结果表明有限元模拟所得接触应力和应变分布与数学 模型的解析值较为相似.     

Electroelastic Characteristics of a Piezoelectric Transformer Plate

The expressions for the electrostatic induction and input admittance of a piezoelectric transformer plate are generalized     

静电悬浮用开关调制高压放大器的性能优化

受击穿场强限制,静电式仪表采用正弦波高压放大器不能满足过载能力的要求,为此研制出了一种出力系数大的开关调制式方波高压放大器。但在应用中发现,方波高压放大器存在功耗高和对位移测量电路干扰大的缺点。针对这些不足,采用研磨铁心截面、线包分段绕制和在调制信号中加入死区三种措施,显著降低了高压放大器的功耗和谐波干扰。测试表明,高压放大器优化后最大功耗降低了65.5%,而过载能力提高12.8%,同时对位移测量电路的干扰降至与正弦波高压放大器相同的水平。