[发明专利]一种空间惯性传感器地面测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及高精度惯性传感器领域，具体涉及空间惯性传感器计地面测试装置。

背景技术

高精度惯性传感器在卫星导航与定位、无拖曳航天、重力卫星测量、基础科学实验卫星等领域具有重要应用前景。目前研制最为成熟的高精度惯性传感器是静电悬浮加速度计。静电悬浮加速度计主要包括立方体惯性敏感质量(又名检验质量)、电容位移传感器、控制器和静电执行机四部分，其基本原理是电容位移传感检测检验质量相对极板框架的位移，再经过控制器反馈运算施加相应电压到电容极板上，作用在检验质量上的静电力将检验质量拉回到其平衡位置，此时施加在极板上反馈电压量度了电容极板框架(安装在某运动物体上)的加速度。高精度静电悬浮加速度计由于灵敏度高、量程小，在地面研制和测试过程中受到地球重力加速度的限制。国际上同行提出高压悬浮和扭丝悬挂两种方案来补偿地球重力加速度，并在此基础上开展静电悬浮加速度计的地面性能检测，参考文献E Willemenot and P Touboul，On-ground investigation of spaceaccelerometers noise with an electrostatic torsion pendulum，Rev Sci Instrum 71(2000)302-309；ZB Zhou，SB Qu，HB Tu，YZ Bai，SC Wu，J Luo，Progress of ground test of inertialsensor for ASTROD 1，Int.J.Mod.Phys.D 17(2008)985-992。高压悬浮方案可以模拟多个自由度进行测试，其不足在于受到地面振动和高压耦合效应，其地面检测水平进一步提高受到限制。采用扭丝悬挂方案可以有效克服地面振动影响，可以满足高精度静电悬浮加速度计高分辨率的测试。

对于静电悬浮加速度计的地面扭摆检验方案而言，由于电容位移传感引入的静电刚度远远大于悬丝的回复刚度，且静电刚度是负值的，因此在不施加反馈控制静电力矩条件下，检验质量在扭转方向的运动是不稳定的，正好模拟了静电悬浮加速度计在轨工作情况。但是要注意的是，对于通常扭摆悬挂而言，参见图1，检验质量仅在扭转方向能够模拟静电悬浮加速度计的工作情况，其它自由度上检验质量的运动仍是稳定的，因此，通常扭丝悬挂方案只能模拟一个扭转方向失重状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电悬浮加速度计地面测试装置，实现对静电悬浮加速度计三个转动自由度上的性能测试。

一种空间惯性传感器地面测试装置，包括检验质量1、电容位移传感器、控制器、静电执行机和悬挂机构3，所述悬挂机构3与检验质量1间的悬挂点位于检验质量1的质心4。

本发明的技术效果体现在：本发明采用将扭丝与检验质量连接点调节到检验质量质心附近，如附图2所示，如果悬挂点正好位于检验质量质心4，则检验质量1绕悬挂中心两个旋转周期无限长，如果悬挂点低于检验质量质心4，绕另外两个的转动(图中Y和Z轴)也是不平衡的。因此，当扭丝正好悬挂在检验质量质心附近时(可以根据实验需要进行适当调节)，检验质量除了绕着扭丝方向的转动(图中X轴)可以模拟在轨工作条件外，绕另外两个水平轴(图中绕Y轴和Z轴)的旋转周期相应增加甚至使得该自由度不稳定，能够较好地模拟空间失重状态。检验质量在这三个扭转自由度上是不稳定的，只有施加静电反馈控制才能维持检验质量在这三个自由度上的稳定。其中电容位移传感器用来测量电容极板2与检验质量1之间的位移，控制器和静电执行机用于反馈控制检验质量1处于电容极板2的中心，这样，可以在地面通过扭丝质心悬挂方案开展静电悬浮加速度计三个转动自由度的性能测试，

附图说明

图1为通常扭丝悬挂方案示意图；

图2为检验质量质心悬挂示意图；

图3为质心安装实施示意图。

具体实施方式

实现悬丝质心悬挂具体实施方案有很多，这里给出一种实施例。如图3所示，首先测量检验质量1的质心，然后在检验质量1的质心处加工一通孔，悬丝以及悬丝固定连接物安装在该通孔内，调节悬丝固定连接物的位置然后利用固定胶固定，这样悬丝与检验质量的连接处位于检验质量1的质心4附近。同时可以提供在检验质量表面固定微调质量适当改变悬丝与检验质量1质心之间的距离获得满意结果。

本发明不局限用于静电悬浮加速度计，也可用于其它惯性传感器测试，不管针对哪一种惯性传感器，只要使用本发明技术方案均属于本发明的保护范围。