基于等效变预载法的静电加速度计闭环零点调节 被引量：2

1

作者 刘爽 刘云峰 +2 位作者 韩丰田 徐哲 董景新 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期550-554,560,共6页

闭环零点位置对差动电容式静电加速度计性能具有重要影响,闭环零点偏离机械零点会增大标度因子非线性。为精确调节闭环零点,提出了一种等效变预载闭环零点调节方法,能够在预载和反馈电压不对称情况下实现闭环零点位置的精确辨识和调节... 闭环零点位置对差动电容式静电加速度计性能具有重要影响,闭环零点偏离机械零点会增大标度因子非线性。为精确调节闭环零点,提出了一种等效变预载闭环零点调节方法,能够在预载和反馈电压不对称情况下实现闭环零点位置的精确辨识和调节。利用静电加速度计原理样机测试了闭环零点调节前后的系统非线性特性,实验结果表明采用上述方法进行闭环零点调节后,表征标度因子非线性的二次项系数由-1.7×10-7降低为-3.3×10-8,验证了上述方法的有效性。 展开更多

关键词 非线性 变预载 闭环零点位置 静电加速度计

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静电加速度计悬浮质量块质心偏移量在轨标定 被引量：2

2

作者 廖鹤 董丰 +1 位作者 向小丽 王本利 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第6期707-711,共5页

高精度静电加速度计已广泛地应用于航天任务中,用于测量作用于航天器的非引力加速度。如果静电加速度计悬浮质量块的质心与航天器的质心安装有偏差时,重力梯度力、姿态耦合产生的干扰加速度,静电加速度计控制系统引入的干扰加速度等干... 高精度静电加速度计已广泛地应用于航天任务中,用于测量作用于航天器的非引力加速度。如果静电加速度计悬浮质量块的质心与航天器的质心安装有偏差时,重力梯度力、姿态耦合产生的干扰加速度,静电加速度计控制系统引入的干扰加速度等干扰力会夹杂在测量数据中。针对这一问题,研究了航天器小质量特性变化情况下,当静电加速度计处于动态设计良好并进入稳态后,利用静电加速度计、陀螺仪和磁强计作为敏感元件,基于非线性卡尔曼滤波理论的静电加速度计悬浮质量块质心偏移量的在轨标定。仿真结果表明,该方案的精度X向可以达到0.1mm,Y和Z向能达到0.04mm。 展开更多

关键词 静电加速度计 陀螺 磁强计 非线性卡尔曼滤波 质心偏移量

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一种重力测量卫星静电加速度计在轨标定算法 被引量：3

3

作者 辛宁 邱乐德 +1 位作者 张立华 刘乃金 《航天器工程》 北大核心 2016年第1期25-30,共6页

静电加速度计是低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果。为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合扩展卡尔曼滤波估计算法,提出了一种应用动力学方法确定静电加速度计校准参数的算... 静电加速度计是低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星的关键载荷之一,其性能直接影响地球重力场空间变化率的测定结果。为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合扩展卡尔曼滤波估计算法,提出了一种应用动力学方法确定静电加速度计校准参数的算法。首先建立静电加速度计及K频段测距(KBR)系统的量测模型;然后将高精度地球重力场模型和静电加速度计观测数据代入扩展卡尔曼滤波算法的状态方程中,将KBR系统观测数据代入观测方程中,建立静电加速度计在轨标定模型。数学仿真结果表明:静电加速度计的标度因子和零偏估计误差均在0.2%以内,实现了卫星静电加速度计较为精确的标定。 展开更多

关键词 重力测量卫星 静电加速度计 K频段测距系统 在轨标定

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星载静电加速度计的支承技术研究 被引量：2

4

作者 吴秋平 韩丰田 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1180-1184,共5页

以高精度重力测量为目标,研究基于静电悬浮的卫星重力探测技术。首先给出了静电加速度计的硬件电路,包括高精度位移测量电路、数字化控制电路以及静电力发生器。然后在分析了静电支承特性的基础上,将其工作状态分为起支和支承两种状态,... 以高精度重力测量为目标,研究基于静电悬浮的卫星重力探测技术。首先给出了静电加速度计的硬件电路,包括高精度位移测量电路、数字化控制电路以及静电力发生器。然后在分析了静电支承特性的基础上,将其工作状态分为起支和支承两种状态,并设计了相应的数字控制器,保证系统可靠悬浮。仿真和实验结果表明,转子支承中心的重复性优于0.01μm,支承电压的重复性优于0.5‰,48 h稳定性优于2‰,满足星载静电加速度计的需求。 展开更多

关键词 地球重力场 静电悬浮 静电加速度计 卫星跟踪卫星 重力梯度仪

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硅微静电加速度计的支承刚度特性 被引量：1

5

作者 韩丰田 吴秋平 +2 位作者 孙搏谦 张汉蒸 马高印 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期100-103,124,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 微机电系统 微机械加速度计 空间静电加速度计 静电支承 支承刚度

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星载静电加速度计加转回路建模与分析 被引量：1

6

作者 韩丰田 付荔 贺晓霞 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期739-744,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 等效原理 静电加速度计 可变式电容电机 滑膜阻尼

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空间静电加速度计研究之进展 被引量：3

7

作者 李树德 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2005年第2期88-93,共6页

介绍了空间静电加速度计的发展过程和已经达到的精度。

关键词 空间静电加速度计 卫星重力探测技术 卫星运动轨迹 地球重力场 工作原理 无阻尼补偿技术 噪声测量

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用于新型等效原理空间实验检验的静电加速度计设计

8

作者 韩丰田 李林林 +1 位作者 尹永刚 刘天一 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期72-76,共5页

等效原理是爱因斯坦广义相对论的基本假设之一,在更高精度上检验等效原理是否成立可以预言新型基本相互作用力。新型等效原理是我国科技工作者提出的一种假设,通过检验两个相同材料但自旋状态不同的宏观物体的自由落体运动来检验等效原... 等效原理是爱因斯坦广义相对论的基本假设之一,在更高精度上检验等效原理是否成立可以预言新型基本相互作用力。新型等效原理是我国科技工作者提出的一种假设,通过检验两个相同材料但自旋状态不同的宏观物体的自由落体运动来检验等效原理可能存在的破坏。提出了一种面向空间检验新型等效原理的差分静电加速度计设计方案,给出了地面实验用原理样机的结构设计,对结构模态和温度应力进行了有限元仿真;依据支承刚度和量程约束条件,对径向和轴向静电支承控制回路进行了设计和仿真分析;建模分析了高真空下转子静电加转驱动回路的主要性能,仿真结果表明启动过程中达到目标转速（10^4 rpm）的启动时间为36.9 min。 展开更多

关键词 新型等效原理 静电加速度计 静电支承 可变电容电机

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静电加速度计标度因数和零偏误差标定 被引量：3

9

作者 彭承明 曾占魁 +1 位作者 舒嵘 张一坚 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第5期582-585,共4页

为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合非线性Batch估计算法,研究了静电加速度计标度因数和零偏误差标定。首先,充分考虑静电加速度计量测过程中可能出现的各种误差源并进行分析,建立了静电加速度计在动态设计良好并进入稳态后,卫星姿... 为了确保静电加速度计长期在轨工作,结合非线性Batch估计算法,研究了静电加速度计标度因数和零偏误差标定。首先,充分考虑静电加速度计量测过程中可能出现的各种误差源并进行分析,建立了静电加速度计在动态设计良好并进入稳态后,卫星姿态稳定度优于0.01°/s,卫星质心保持精度优于2mm的情况下的量测模型。然后,将高精度地球引力场模型和静电加速度计量测数据代入非线性Batch估计算法的的动力学方程中,将GPS量测数据代入非线性Batch估计算法的量测方程中,建立了静电加速度计标定因数和零偏误差标定模型。最后,通过数学仿真验证了该方法的可行性,其标定精度可达到0.2%,具有一定工程应用参考价值。 展开更多

关键词 Batch估计算法 静电加速度计 标度因数 零偏误差 地球引力场模型 GPS

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静电悬浮加速度计在轨质心位置的最小二乘估计 被引量：10

10

作者 李洪银 屈少波 +2 位作者 白彦峥 吴书朝 周泽兵 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期897-902,共6页

本文使用国内首次搭载飞行的静电悬浮加速度计在轨数据与卫星姿态数据,对加速度计与卫星质心的相对位置进行了估计测量.文中分析得到,在卫星姿态机动时,加速度计的输入加速度主要来自于离心加速度及角加速度引入的线加速度.结合卫星姿... 本文使用国内首次搭载飞行的静电悬浮加速度计在轨数据与卫星姿态数据,对加速度计与卫星质心的相对位置进行了估计测量.文中分析得到,在卫星姿态机动时,加速度计的输入加速度主要来自于离心加速度及角加速度引入的线加速度.结合卫星姿态机动时陀螺仪的测量数据,使用最小二乘法对加速度计质心位置的三个分量进行了联合估计.结果表明:质心位置的估计精度达到约6 mm水平,主要受限于卫星平台条件和加速度计测量精度限制.利用本文方法对未来重力卫星任务进行了分析,若使用精度为1×10^(-10)m·s^(-2)加速度计以及2角秒分辨率的星敏感器,可将质心位置估计精度提高至4.6×10^(-6)m水平. 展开更多

关键词 重力卫星 静电悬浮加速度计 质心偏差 参数拟合 最小二乘估计

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闭环点位置对静电悬浮加速度计性能影响研究 被引量：5

11

作者 刘爽 刘云峰 董景新 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1618-1625,共8页

为研究差动电容式静电悬浮加速度计非线性、零偏、标度因数、噪声以及量程与闭环点位置的关系,推导了闭环点位置与上述参数关系的数学模型,分析了闭环点偏移来源。通过仿真和实验对比了闭环点调节前后系统非线性、零偏和量程,通过实验... 为研究差动电容式静电悬浮加速度计非线性、零偏、标度因数、噪声以及量程与闭环点位置的关系,推导了闭环点位置与上述参数关系的数学模型,分析了闭环点偏移来源。通过仿真和实验对比了闭环点调节前后系统非线性、零偏和量程,通过实验研究了闭环点位置波动对系统噪声的影响。仿真和实验结果表明,将敏感质量闭环点位置调节在机械零点附近可以降低系统非线性、零偏和系统噪声,并能提高理论量程。 展开更多

关键词 非线性 闭环点位置 零偏 静电悬浮加速度计.

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一种地面用静电悬浮加速度计的误差分析及仿真 被引量：2

12

作者 贺晓霞 李娇娇 +2 位作者 李海霞 韩丰田 刘云峰 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期794-801,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 静电悬浮加速度计 误差源 PID控制 仿真

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基于八对差分电容极板的静电悬浮加速度计的设计 被引量：2

13

作者 胡明 白彦峥 +2 位作者 祝竺 吴书朝 周泽兵 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2012年第5期154-159,共6页

针对GOCE重力梯度卫星中使用的静电悬浮加速度计,对其采用的八对电容极板冗余设计的位移传感与反馈控制组合策略进行了讨论,并分析了其相对于CHAMP和GRACE重力卫星中使用的同类型加速度计的可靠度改善程度。

关键词 静电悬浮加速度计 卫星重力测量 可靠性 冗余设计 重力梯度卫星

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静电伺服微加速度计的量程设计 被引量：4

14

作者 何晓平 张德 文贵印 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第6期90-93,共4页

详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压,动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下,检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析,得出静电伺服微加速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制... 详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压,动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下,检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析,得出静电伺服微加速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制外,还需满足电刚度小于与机械刚度的条件,该电刚度是极板上所有的直流电压、交流电压产生的电刚度之和。离心实验证明,利用该原则设计的“叉指”结构静电伺服微加速度计的量程达到了设计值。该设计原则可以为此类加速度计的设计提供参考。 展开更多

关键词 静电伺服微加速度计 量程设计 电刚度 静电力 直流偏压 交流驱动电压 动极板 定极板

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静电悬浮加速度计轴间耦合误差角的在线测量 被引量：2

15

作者 刘爽 刘云峰 董景新 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期415-422,共8页

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... 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。 展开更多

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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静电悬浮加速度计与真空有关的噪声分析 被引量：6

16

作者 薛大同 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期633-640,共8页

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... 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。 展开更多

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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基于功率谱密度的静电悬浮加速度计分辨率估计方法 被引量：1

17

作者 刘爽 刘云峰 董景新 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2015年第10期30-34,共5页

高精度静电悬浮加速度计常采用功率谱密度估计（PSD）来评估分辨率水平,商用PSD分析仪需实时在线分析,且分析时间长、频域分辨率低、成本高。为此提出了一种线下PSD估计方法,利用简易采集系统采集噪声信号,再进行PSD估计。给出了正确的... 高精度静电悬浮加速度计常采用功率谱密度估计（PSD）来评估分辨率水平,商用PSD分析仪需实时在线分析,且分析时间长、频域分辨率低、成本高。为此提出了一种线下PSD估计方法,利用简易采集系统采集噪声信号,再进行PSD估计。给出了正确的PSD估计表达式,推导了加速度计分辨率与PSD的关系,通过实验对比了该方法与HP35670A动态分析仪分析结果,实验结果验证了该方法的有效性。最后用该方法分析了研制的静电悬浮加速度计原理样机X1、Y和Z2三个通道加速度噪声的PSD,得到0.1 Hz处PSD分别为：8.07×10-5g/Hz1/2、3.29×10^-8g/Hz1/2和2.39×10^-7g/Hz1/2;在带宽0.001~0.1 Hz内分辨率分别为4.64×10^-5g、4.21×10^-8g和1.51×10^-7g。 展开更多

关键词 功率谱密度估计 维纳辛钦定律 WELCH法 静电悬浮加速度计

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静电悬浮加速度计噪声测试数据的频谱分析方法 被引量：6

18

作者 薛大同 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期55-63,共9页

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... 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). 展开更多

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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静电悬浮加速度计的地面重力倾角标定方法 被引量：5

19

作者 薛大同 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期688-696,共9页

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... 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。 展开更多

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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静电悬浮加速度计伺服控制分析 被引量：5

20

作者 薛大同 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期102-106,共5页

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... 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. 展开更多

关键词 静电悬浮加速度计 动力学方程 伺服控制 增益

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