旋转加速度计重力梯度仪误差分析

安装误差和加速度计标度系数的不匹配对旋转加速度计重力梯度仪的分辨率影响很大。为此,用线性微扰方法对旋转加速度计重力梯度仪的测量方程求取变分,得到重力梯度仪的误差方程;对误差方程进行分析,得到安装误差各项对重力梯度仪输出的影响;同时,给出含有加速度计性能参数的重力梯度仪的误差方程。以澳大利亚FALCON旋转加速度计重力梯度仪为例,具体给出径向距离误差、切向误差角等大小值。     

旋转加速度计重力梯度仪前放电路的分析与设计

根据旋转加速度计重力梯度仪的测量原理,其前放电路可以分为电流放大、求和运算、求差运算和带通滤波四个功能部分。首先推导了将电路输出噪声折算到重力梯度仪输入端的计算方法;其次分析了前放电路是电路噪声的主要来源,并以低噪声为前放电路的首要设计目标,研究了前放电路增益和运放的噪声指标之间的关系,比较了10-8¹0-11g各个精度级别的加速度计对电路增益和运放噪声指标的最低需求。最后通过对研制的前放电路的试验测量证明了分析的合理性。     

旋转加速度计重力梯度仪标定方法

提出一种旋转加速度计重力梯度仪标定方法,在重力梯度仪外侧空间确定的四个位置上依次放置一定质量的检测质量体,根据检测质量体在正交位置上引起的重力梯度大小相等,符号相反的关系确定出重力梯度标度系数,采用旋转重力梯度仪本体方式确定出重力梯度零位。给出了重力梯度零位和标度系数计算表达式,在重力梯度半物理仿真系统上进行了仿真试验验证,仿真结果表明,标定后重力梯度测量误差小于1E。     

旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法

旋转加速度计重力梯度仪在实际工作过程中,由于平台稳定性、旋转机构控制精度、敏感器安装误差、加速度计标度因数匹配性以及其他噪声源的存在,对高精度重力梯度测量构成严峻挑战。在诸多影响因素中,加速度计标度因数的不一致性对测量精度影响最大。本文提出一种旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法,旨在提高获取重力梯度信号的能力。该方法首先对相对两只加速度计的和输出信号以及重力梯度仪总输出信号分别进行带通滤波,然后对滤波器输出信号中含有加速度计标度因数不平衡信息信号进行幅值解调,对三组解调结果分别进行平滑处理,采用模糊PID控制算法实时反馈调整加速度计内部的电磁线圈力矩,达到调整加速度计标度因数的目的。实验测试分析表明,采用模糊PID反馈调整算法可以快速实现四只加速度计标度因数一致,相对两只加速度计标度因数调整量级可以达到10?7,两对加速度计标度因数的调整量级可以达到10?5,提高了获取重力梯度信息的能力。     

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。     

重力梯度仪旋转加速度计标度因数匹配方法

旋转加速度计重力梯度仪为实现微弱梯度信号的测量,要求四个加速度计之间标度因数实时匹配。针对这一要求,在电磁加速度计工作原理的基础上,提出了标度因数外部粗调和在线调整的方法,设计了调整线圈并计算了不同位置相应的结果。仿真分析和实验结果表明,利用调整线圈可以实现加速度计之间的标度因数匹配。通过加速度计内部力平衡回路和外部反馈回路可以实现加速度计之间的标度因数在线实时匹配。     

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。     

大量程石英加速度计二元调宽再平衡回路的设计与应用

二元调宽再平衡回路具有施矩功率恒定，转换精度高，易于同计算机通讯等一系列优点，因而在惯性元件伺服回路中得到广泛应用。中介绍了二元调宽再平衡回路在大量程石英加速度计线路上的应用，通过理论设计和试验，选择合理电参数，并取得了满意的结果。     

旋转重力梯度仪的加速度计动态调节方法与需求分析

适合陆基使用的旋转重力梯度仪采用多个加速度计的组合输出,能有效地抑制平台的共模噪声,实现对地球表面微小重力梯度变化信号的测量.其关键技术之一就是对多个加速度计进行动态匹配调节,通过实时反馈来降低多种噪声和误差,从而降低对研制单个加速度计的性能要求.本文结合旋转重力梯度仪中加速度计的匹配调节方法,以重力梯度测量分辨率达到1E为目标分析,结果表明对加速度计的标度因子一致性匹配需要达到10-11的量级,对二阶非线性因子调节同样需要达到～10-11g/g2的量级.     

全加速度计惯性导航与重力梯度测量系统设计

全加速度计惯性导航技术侧重于测量排除重力干扰影响的载体运动加速度,而利用加速度计进行重力梯度测量则侧重于测量排除载体运动影响的重力变化.一方的测量信号恰为另一方的噪声.利用加速度计技术,将二者结合在一起,理论上推导出同时进行惯性导航与重力梯度测量的可行性.基于此原理,论文设计了一种12加速度计的全加速度计惯性导航与重力梯度测量系统.论文给出系统进行惯性导航与梯度测量的公式.并预计,在未来几十年中,惯性导航与重力梯度测量将成为同一概念,此系统将成为未来惯性导航的发展方向.     

旋转加速度计式重力梯度仪输出解调与滤波

重力梯度仪是对地球表面微小重力梯度变化进行连续测量的仪器。由于核心敏感元件加速度计工艺与性能水平限制,以及多环节安装误差等因素导致系统实际输出信号中包含了大量噪声,且信噪比极低,为了能够在强噪声中有效提取真实的重力梯度信号,需在信号解调过程中降低谐波干扰引起的测量偏差。结合误差产生机理,分析比较了不同的解调方法对重力梯度信号解调的影响,明确了合理的信号解调手段。同时,在数据处理过程中增加带通滤波环节,进一步降低动态噪声对系统的影响。结合动态摇摆实验数据的仿真验证结果表明:上述措施对重力梯度仪原始观测数据的噪声抑制具有明显效果,测量偏差在一定程度上得到解决,解调后信号的噪声幅度下降至20%,提高了系统的空间分辨率,具有工程化应用意义。     

星载原子干涉重力梯度仪测量方法与噪声分析

原子干涉重力梯度仪在星载环境下可获得较长的干涉时间,有效规避了原子触碰容器壁的风险,因此可实现高精度的测量,同时利于星载仪器的小型化。目前原子干涉重力梯度仪地面测量技术成熟,尚未得到空间应用。根据星载失重的特殊条件,提出一种适用于空间微重力环境的原子干涉重力梯度测量方法,并对其测量精度进行了分析。结果表明,在卫星重力测量关注的0.1 Hz以下的测量频带内,星载原子干涉重力梯度仪的潜在测量精度可达到1 mE/Hz~(1/2)。该测量方法为未来原子干涉重力梯度仪的星载应用提供重要的技术基础。     

加速度计精密离心机试验的优化设计

针对加速度计精密离心机试验,提出了一种改进的D最优试验设计方法。首先,分析了加速度计在精密离心机测试时的实际量测噪声特性,在此基础上指出传统的优化设计方法,即饱和D最优试验设计,存在工程适用性问题。然后为了改善饱和D最优试验设计的适用性,并且考虑到试验代价和精度的折中关系,提出了D最优改进试验设计方案。该方案将饱和D最优试验谱点作为基本谱点,在基本谱点之间均匀插入其他谱点来降低输入加速度偏差的影响,并通过加权的方法来分配基本谱点和新增谱点的测度,权值的选取依据实际的噪声特性。最后仿真结果表明,该设计方法包含了饱和D最优设计和均匀设计的优点,能够给出更为合理的加速度计精密离心机试验方案设计。     

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。