【摘要】：空間靜電加速度計由于其具有分辨率高,可以六自由度同時測量等優(yōu)點,常被用來檢測航天器在太空中所受到的非保守力,以及應用在空間無拖曳控制中,是地球重力場測量中的關鍵載荷。為了在地面上驗證靜電加速度計的六自由度控制的可行性以及真實分辨率水平就需要對加速度計開展地面高壓懸浮試驗。課題組已經(jīng)完成了70g Test Mass(TM)的地面靜電加速度計實驗驗證,受限于地面振動與高壓耦合噪聲而只能達到4?10~(-8)m/s~2/Hz~(1/2)的水平,為了降低地面加速度計測試中由于高壓耦合噪聲帶來的影響,就需要對地面加速度計的執(zhí)行機部分以及其耦合部分進行研究。本文首先對高壓執(zhí)行機電路進行了理論建模,分析執(zhí)行機電路內(nèi)部各個元器件的噪聲對輸出的影響大小,計算了電阻阻值波動噪聲并給出了測量方法,研究了高壓放大電路的電源抑制效應。理論計算了高壓反饋噪聲對電容位移傳感的影響,其中高壓執(zhí)行機電路的低頻噪聲會直接耦合到對應極板上,而其高頻噪聲則會通過變壓器耦合到電容位移傳感的輸出。通過理論建模與實驗測試降級了高壓執(zhí)行機的低頻噪聲5倍,也就降低了反饋高壓對極板電壓的耦合噪聲。通過參數(shù)優(yōu)化降低了高壓執(zhí)行機電路對傳感的耦合噪聲4倍。得出了次級調(diào)諧比初級調(diào)諧會對高頻反饋噪聲抑制更好的結(jié)論,最終達到1.2?10~(-6)V/Hz~(1/2)水平,接近電容位移傳感的噪聲本底。最后通過理論建模,搭建地面高壓懸浮加速度計的Matlab/Simulink仿真模型,帶入實測噪聲的擬合曲線,探究高壓執(zhí)行機引入的噪聲對加速度計的輸出加速度噪聲的影響,仿真結(jié)果與理論計算一致。得出高壓懸浮加速度計豎直方向上受執(zhí)行機到傳感耦合噪聲影響更大的結(jié)論并得出水平方向上高壓耦合噪聲限制是3?10~(-11)m/s~2/Hz~(1/2)的結(jié)論,降低了高壓耦合噪聲估計兩個量級。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文1 緒論1 課題研究背景與現(xiàn)狀進入 21 世紀，地球重力測量迎來了全新一代配備了高精度慣性加速度測量系速度計和梯度儀)的衛(wèi)星任務。其中包括 CHAMP(Challenging Minisateyload)[1-3]衛(wèi)星任務，GRACE(GravityRecoveryandClimateExperiment)[4-6]衛(wèi)星任及 GOCE(Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer)[7-11]衛(wèi)星任務首要任務是研究地球的重力場及其時空變化，還有 GRAIL(Gravity Recovery erior Laboratory)[12, 13]任務是用來探究月球重力場的。

由于靜電加速度計[21]具有精度高、體積小、能實現(xiàn)六自由度的同時測量以及技術(shù)成熟等特點，廣泛應用在衛(wèi)星重力測量[22-25]、空間引力波探測[26-31]等項目中，而其慣性傳感技術(shù)也被應用到空間等效性原理驗證[32-34]等項目中。CHAMP、GRACE 和GOCE 衛(wèi)星分別搭載了由 ONERA 公司研制的 STAR[35, 36]、SuperSTAR[37, 38]和GRADIO[39, 40]高精度靜電加速度計，，靜電加速度計是各衛(wèi)星任務中搭載的關鍵載荷，其精度決定著重力衛(wèi)星任務的精度。課題組從 2000 年開始對高精度靜電懸浮加速度計以及慣性傳感器進行研究[41-44]，并分別對 3×10-10m/s2/Hz1/2、10-12m/s2/Hz1/2精度的加速度計設計出了 2×10-6pF/Hz1/2、2×10-7pF/Hz1/2精度的電容位移傳感電路，為課題組高分辨率加速度計的研制提供了技術(shù)支持[45, 46]。靜電加速度計的分辨率很高，但是量程只有μg量級，受限于地面重力加速度 g，無法直接對加速度計的性能進行測(a)地面高壓懸浮測試 (b)加速度計噪聲功率譜圖 1-2 課題組地面高壓懸浮方案測試[20]
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V447

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本文編號：2707782