磁流體動力學(xué)（magneto-hydro-dynamic,簡稱MHD）傳感器是測量航天器平臺寬頻微角顫振的關(guān)鍵器件之一。鑒于MHD傳感器的誤差與噪聲特性會影響星載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度與分辨率,對所設(shè)計的MHD傳感器進行誤差分析與試驗驗證。采用樣機數(shù)據(jù)分析與組件物理建模相結(jié)合的方法,分析與驗證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,并且該項誤差對無溫控MHD傳感器的誤差起決定作用;當溫度變化較小時,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傳感器噪聲具有顯著影響。 

【文章來源】：振動.測試與診斷. 2020,40(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【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試驗測試與數(shù)據(jù)處理方法２個ＭＨＤ傳感器背靠背安裝在轉(zhuǎn)臺上，如圖３所示。ＭＨＤ傳感器原理樣機的質(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)可以分為相干信號與非相干信號，如圖４所示。假設(shè)傳感器隨機噪聲是各態(tài)歷經(jīng)、穩(wěn)態(tài)隨機的，則通過相干函數(shù)，可用２個輸出電壓數(shù)據(jù)（Ｖｘｘ（ｔ）和Ｖｙｙ（ｔ））提�。叮常保闭駝�、測試與診斷第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，簡稱ＭＳＣ）［１７］可以表達為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法被用來求解ＭＨＤ傳感器的ＭＳＣ估計。該方法是一個有偏估計，利用Ｍａｔｌａｂ信號處理工具箱而實現(xiàn)［１８］。２結(jié)果與討論２．１基本模型２．１．１ＭＨＤ效應(yīng)對于０．０１Ｈｚ～１０ｋＨｚ之間的輸入信號，采用四參數(shù)最小二乘法進行擬合處理，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)強度的實測值；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】：
期刊論文
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[3]高精度航天器微振動力學(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：3075094