星載MHD傳感器靈敏度特性誤差分析與模型驗(yàn)證
發(fā)布時(shí)間：2021-03-10 18:38
磁流體動(dòng)力學(xué)（magneto-hydro-dynamic,簡(jiǎn)稱MHD）傳感器是測(cè)量航天器平臺(tái)寬頻微角顫振的關(guān)鍵器件之一。鑒于MHD傳感器的誤差與噪聲特性會(huì)影響星載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度與分辨率,對(duì)所設(shè)計(jì)的MHD傳感器進(jìn)行誤差分析與試驗(yàn)驗(yàn)證。采用樣機(jī)數(shù)據(jù)分析與組件物理建模相結(jié)合的方法,分析與驗(yàn)證MHD傳感器靈敏度特性與誤差模型。結(jié)果表明:傳感器的誤差主要受到重力方向與溫度條件的影響,并且該項(xiàng)誤差對(duì)無(wú)溫控MHD傳感器的誤差起決定作用;當(dāng)溫度變化較小時(shí),變壓器磁芯磁導(dǎo)率的工藝誤差占總誤差的一半;差分放大器的噪聲對(duì)傳感器噪聲具有顯著影響。
【文章來(lái)源】：振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2020,40(06)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)
【部分圖文】：
圖２導(dǎo)電環(huán)形流體的邊界條件Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｔｈｅａｎｎｕｌｕｓ
Ω３＝０Ｔ?Ω′２＝２９３＋Ｔ′０Ｔ?Ω″２＝２９３烅烄烆（７）其中：Ｔ′０為頂壁與底壁的溫度差值；?Ω′２為液態(tài)金屬的頂壁；?Ω″２為液態(tài)金屬的底壁，且?Ω２＝?Ω′２＋?Ω″２。１．２試驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)處理方法２個(gè)ＭＨＤ傳感器背靠背安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，如圖３所示。ＭＨＤ傳感器原理樣機(jī)的質(zhì)量約為１ｋｇ，外形尺寸為?５０ｍｍ×７０ｍｍ。所采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器為１２比特，采樣頻率為２ｋＨｚ。圖３ＭＨＤ傳感器測(cè)試系統(tǒng)Ｆｉｇ．３ＴｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒＭＨＤｓｅｎｓｏｒｓ從噪聲分析的角度看，每組輸出數(shù)據(jù)可以分為相干信號(hào)與非相干信號(hào)，如圖４所示。假設(shè)傳感器隨機(jī)噪聲是各態(tài)歷經(jīng)、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)的，則通過(guò)相干函數(shù)，可用２個(gè)輸出電壓數(shù)據(jù)（Ｖｘｘ（ｔ）和Ｖｙｙ（ｔ））提�。叮常保闭駝�(dòng)、測(cè)試與診斷第４０卷
傳感器噪聲［１６］。圖４輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)模型Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｄａｔａｓｅｔ２組數(shù)據(jù)的振幅平方相干（ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｑｕａｒｅｄｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，簡(jiǎn)稱ＭＳＣ）［１７］可以表達(dá)為Ｃ２ｘｙ（ω）＝Ｐｘｙ（ω）２Ｐｘｘ（ω）Ｐｙｙ（ω）（８）其中：Ｐｘｘ和Ｐｙｙ為自噪聲功率譜密度；Ｐｘｙ為互噪聲功率譜密度。Ｗｅｌｃｈ法被用來(lái)求解ＭＨＤ傳感器的ＭＳＣ估計(jì)。該方法是一個(gè)有偏估計(jì)，利用Ｍａｔｌａｂ信號(hào)處理工具箱而實(shí)現(xiàn)［１８］。２結(jié)果與討論２．１基本模型２．１．１ＭＨＤ效應(yīng)對(duì)于０．０１Ｈｚ～１０ｋＨｚ之間的輸入信號(hào)，采用四參數(shù)最小二乘法進(jìn)行擬合處理，輸出電壓的幅頻特性曲線［１４］如圖５所示。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，１Ｈｚ～１ｋＨｚ內(nèi)的輸出電壓Ｕ與式（９）相符Ｕｐ＝?θ０ＲｍｅａｎＢ０Ｈ０（９）其中：?θ０為輸入角速率；Ｒｍｅａｎ為環(huán)形流體的平均半徑；Ｂ０為外加磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值；Ｈ０為環(huán)形流體的高度。圖５電壓的幅頻特性Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ２．１．２信號(hào)調(diào)理ＭＨＤ傳感器調(diào)理電路由模擬電路和數(shù)字電路構(gòu)成，如圖６所示。模擬電路由內(nèi)置變壓器、差分放大器、放大器及低通濾波器等構(gòu)成。圖６ＭＨＤ傳感器調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．６ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＨＤｓｅｎｓ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MHD傳感器敏感結(jié)構(gòu)地面溫度特性數(shù)值分析[J]. 周海佳,李得天. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(S1)
[2]磁流體動(dòng)力學(xué)角速率傳感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 周海佳,李得天. 真空與低溫. 2017(05)
[3]高精度航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境分析[J]. 張振華,楊雷,龐世偉. 航天器環(huán)境工程. 2009(06)
本文編號(hào)：3075094
【文章來(lái)源】：振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2020,40(06)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)
【部分圖文】：
圖２導(dǎo)電環(huán)形流體的邊界條件Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｔｈｅａｎｎｕｌｕｓ
Ω３＝０Ｔ?Ω′２＝２９３＋Ｔ′０Ｔ?Ω″２＝２９３烅烄烆（７）其中：Ｔ′０為頂壁與底壁的溫度差值；?Ω′２為液態(tài)金屬的頂壁；?Ω″２為液態(tài)金屬的底壁，且?Ω２＝?Ω′２＋?Ω″２。１．２試驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)處理方法２個(gè)ＭＨＤ傳感器背靠背安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，如圖３所示。ＭＨＤ傳感器原理樣機(jī)的質(zhì)量約為１ｋｇ，外形尺寸為?５０ｍｍ×７０ｍｍ。所采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器為１２比特，采樣頻率為２ｋＨｚ。圖３ＭＨＤ傳感器測(cè)試系統(tǒng)Ｆｉｇ．３ＴｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒＭＨＤｓｅｎｓｏｒｓ從噪聲分析的角度看，每組輸出數(shù)據(jù)可以分為相干信號(hào)與非相干信號(hào)，如圖４所示。假設(shè)傳感器隨機(jī)噪聲是各態(tài)歷經(jīng)、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)的，則通過(guò)相干函數(shù)，可用２個(gè)輸出電壓數(shù)據(jù)（Ｖｘｘ（ｔ）和Ｖｙｙ（ｔ））提�。叮常保闭駝�(dòng)、測(cè)試與診斷第４０卷
傳感器噪聲［１６］。圖４輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)模型Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｄａｔａｓｅｔ２組數(shù)據(jù)的振幅平方相干（ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｑｕａｒｅｄｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，簡(jiǎn)稱ＭＳＣ）［１７］可以表達(dá)為Ｃ２ｘｙ（ω）＝Ｐｘｙ（ω）２Ｐｘｘ（ω）Ｐｙｙ（ω）（８）其中：Ｐｘｘ和Ｐｙｙ為自噪聲功率譜密度；Ｐｘｙ為互噪聲功率譜密度。Ｗｅｌｃｈ法被用來(lái)求解ＭＨＤ傳感器的ＭＳＣ估計(jì)。該方法是一個(gè)有偏估計(jì)，利用Ｍａｔｌａｂ信號(hào)處理工具箱而實(shí)現(xiàn)［１８］。２結(jié)果與討論２．１基本模型２．１．１ＭＨＤ效應(yīng)對(duì)于０．０１Ｈｚ～１０ｋＨｚ之間的輸入信號(hào)，采用四參數(shù)最小二乘法進(jìn)行擬合處理，輸出電壓的幅頻特性曲線［１４］如圖５所示。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，１Ｈｚ～１ｋＨｚ內(nèi)的輸出電壓Ｕ與式（９）相符Ｕｐ＝?θ０ＲｍｅａｎＢ０Ｈ０（９）其中：?θ０為輸入角速率；Ｒｍｅａｎ為環(huán)形流體的平均半徑；Ｂ０為外加磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值；Ｈ０為環(huán)形流體的高度。圖５電壓的幅頻特性Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ２．１．２信號(hào)調(diào)理ＭＨＤ傳感器調(diào)理電路由模擬電路和數(shù)字電路構(gòu)成，如圖６所示。模擬電路由內(nèi)置變壓器、差分放大器、放大器及低通濾波器等構(gòu)成。圖６ＭＨＤ傳感器調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．６ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＨＤｓｅｎｓ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MHD傳感器敏感結(jié)構(gòu)地面溫度特性數(shù)值分析[J]. 周海佳,李得天. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(S1)
[2]磁流體動(dòng)力學(xué)角速率傳感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 周海佳,李得天. 真空與低溫. 2017(05)
[3]高精度航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境分析[J]. 張振華,楊雷,龐世偉. 航天器環(huán)境工程. 2009(06)
本文編號(hào)：3075094
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