【摘 要】
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静电加速度计是重力卫星的关键载荷之一,主要用于测量卫星在轨受到的非保守力引起的加速度。静电加速度计敏感探头采用多对电极分布设计,可同步实现六个自由度的测量,其中基于共同极板来实现一个平动和一个扭转自由度的检测和控制。为了降低上述扭转对平动自由度的耦合,保障平动自由度的测量精度,本文针对静电加速度计平动和扭转自由度的耦合机理和抑制方法开展研究,取得的主要成果如下。针对由加速度计检测、控制和读取电路组
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静电加速度计是重力卫星的关键载荷之一,主要用于测量卫星在轨受到的非保守力引起的加速度。静电加速度计敏感探头采用多对电极分布设计,可同步实现六个自由度的测量,其中基于共同极板来实现一个平动和一个扭转自由度的检测和控制。为了降低上述扭转对平动自由度的耦合,保障平动自由度的测量精度,本文针对静电加速度计平动和扭转自由度的耦合机理和抑制方法开展研究,取得的主要成果如下。针对由加速度计检测、控制和读取电路组合过程中所引起的耦合,重点研究了加速度计模拟控制方案中加减组合电路的影响。假设电阻精度为α,通过分析传递函数可得到相应的耦合系数2α。分析此类耦合主要来源于加减组合电路的不对称性,并且进行了相应的仿真分析。为了降低耦合系数,提出了三种方案,一是选取精度更高的电阻并且进行了对比实验;二是利用三运放差分放大电路代替减法电路,并且再次进行组合加减,耦合系数降至0.77α;三是利用数据处理的方式合理的扣除耦合信号,降低耦合信号的干扰。针对加速度计由于控制策略、检验质量的加工误差或者极板的安装误差等导致检验质量敏感探头控制位置偏离理想几何位置时所引起的耦合,系统研究并给出了采用不同控制方案下的耦合效应对比分析,总结耦合项出现的原因。并考虑由于敏感探头实际加工误差和电路不对称引入的控制位置偏差,定量分析耦合项,结果表明转动距离和平动距离均在0.1μm-10μm范围内时,直流控制情况下耦合项加速度最大为1.2×10-6m/s~2,交流控制情况下耦合项加速度最大为2.6×10-15m/s~2。最后提出通过在极板施加直流(DC)补偿电压的方案来进一步抑制扭转对平动的耦合,计算得到了消除耦合项补偿电压需要满足的关系条件,指定平动距离为5μm,转动距离在0.1μm-10μm范围内。初步分析表明,未补偿前耦合项加速度最大可达5.7×10-7m/s~2,当补偿量级达到10m V时,该耦合项加速度可由5.7×10-7m/s~2抑制到2.9×10-9m/s~2。
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