[发明专利]高精度静磁悬浮加速度计

权利要求书

1.一种高精度静磁悬浮加速度计，用于测量飞行器的线性加速度，其特征在于：包括真空磁屏蔽腔系统(7)、磁场位移传感系统、静磁悬浮控制系统和检验磁体(10)，真空磁屏蔽腔系统包括腔室，所述腔室内为真空状态；所述磁场位移传感系统包括若干个高精度磁传感器(8)，所述磁传感器位于所述腔室的不同位置，用于通过磁信号的探测，实现对检验磁体(10)的空间位置和姿态的实时定位；所述静磁悬浮控制系统包括若干组位置控制线圈和若干组姿态控制线圈，所述位置控制线圈对称的设置于所述腔室的左、右侧壁上，所述姿态控制线圈对称的设置于所述腔室的上、下、前、后侧壁上，所述静磁悬浮控制系统通过位置控制线圈和姿态控制线圈接收磁场位移传感系统的反馈，实时控制检验磁体(10)的位置和姿态，使其恒定悬浮于腔室的中心位置，所述腔室的中心位置与飞行器的质心位置相重合。

2.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：在检验磁体(10)平动和转动的控制中，位置控制线圈对检验磁体(10)产生的电磁力抵消掉飞行器受到非保守力所产生的加速度，维持检验磁体(10)的质心与飞行器的质心始终重合，此时，电磁力矢量F与加速度矢量a之间的关系为F＝ma，其中m为检验磁体的质量，而电磁力的大小正比于位置控制线圈产生的磁场大小，位置控制线圈磁场大小正比于电流大小，通过位置控制线圈施加的电流即可对飞行器的加速度进行精确测量。

3.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：磁传感器所测量到的磁场大小与检验磁体的位置、姿态有关，将磁传感器对应的坐标系设为空间全局坐标系，设检验磁体(10)中心的坐标为(x₀,y₀,z₀)，探测点的坐标为(x,y,z)，检验磁体到探测点的空间距离为r，当检验磁体(10)到探测点的距离远大于检验磁体的尺寸时，可将检验磁体近似为磁偶极子，设检验磁体等效磁矩矢量为在空间坐标系下的方位角和仰角分别为α和β，根据探测点磁场分量求解公式有：

式中M是等效磁矩矢量的大小；

假设已知n个探测点处的磁感应强度分量，即可构成一个由3n个非线性方程式组成的非线性方程组，该方程组有6个未知参数即x₀，y₀，z₀，α，β和M，当n>2时，此方程组超定，使用非线性最优化方法来求解，通过计算机程序设计求得6个未知量，确定任一时间检验磁体的空间位置和空间姿态。

4.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：所述静磁悬浮控制系统包括四组位置控制线圈(1，1’；2，2’；3，3’；4’，4)和两组姿态控制线圈(5，5’；6，6’)，通过在四组位置控制线圈(1，1’；2，2’；3，3’；4’，4)上施加不同方向及大小的电流，使检验磁体始终控制在腔室的中心；两组姿态控制线圈(5，5’；6，6’)用于实现对检验磁体的姿态控制，将检验磁体的磁矩方向始终控制在x方向。

5.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：所述检验磁体(10)为椭圆形、圆柱形或球形。

6.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：所述检验磁体(10)选用永磁体材料制作。

7.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：所述检验磁体(10)的外侧包裹有非磁性材料。

8.如权利要求1所述的高精度静磁悬浮加速度计，其特征在于：所述磁场位移传感系统包括八个高精度磁传感器(8)，分别位于所述腔室的八个角上。