一种标度因子可调节的电容挠性加速度计制造技术

本发明专利技术公开了一种标度因子可调节的电容挠性加速度计。包括检验质量，一对差分电容器，传感器，计算模块，以及静电执行机；检验质量通过挠性结构连接固定的框架，一对差分电容器包括两个运动极板和两个固定极板，两个运动极板由检验质量两侧面上的金属镀层构成，两个固定极板对称设置在检验质量的两侧，且分别与两个运动极板正对；两个运动极板连接传感器的输入端，传感器的输出端连接计算模块的输入端，计算模块的输出端连接静电执行机的输入端，静电执行机的输出端连接两个运动极板。本发明专利技术可实现对标度因子的大范围调节，能广泛用于旋转加速度计重力梯度仪中，有效抑制沿转台平面的平动加速度噪声，以及沿转台转轴的角加速度噪声。

【技术实现步骤摘要】
—种标度因子可调节的电容挠性加速度计
本专利技术属于地球重力场测量
，更具体地，涉及一种标度因子可调节的电容挠性加速度计。
技术介绍
地球重力场是近地空间最基本的物理场之一，反映了地球内部物质组成和分布信息，通过精确测量地球重力场可以反演估计出地球表层的物质分布和变化。地球重力场的测量包括对重力加速度和重力梯度张量的测量，由于重力梯度张量是重力位的二阶导数，因此重力梯度测量较重力加速度测量对重力场的短波分量更加敏感，测量重力梯度张量比测量重力加速度更能够反映场源体的细节，具有更高的空间分辨率；另一方面重力梯度通常采用差分测量，能够有效地抑制源于搭载平台自身运动的影响，因此在精化地球重力场、重力资源勘探、重力辅助惯性导航等方面具有更加广泛的应用前景。在过去的数十年中，澳大利亚BHP公司和美国LockheedMarin公司研制的基于旋转加速度计的航空和艇载重力梯度测量系统(FALCON和Air-FTG)分别在重力资源勘探和重力辅助导航等领域取得极好的效果。旋转加速度计重力梯度仪的基本结构是由四个加速度计对称反向平行安放在旋转圆盘上，其敏感轴沿圆盘的切线方向。理想情况下，四个加速度计标度因子完全一致，当回转台以一定的速度转动起来后，将四个加速度计的输出信号进行组合，能够抑制掉圆盘上的平动加速度及转动加速度，并且放大重力梯度信号。而实际上，四个加速度计不可能完全一致，这就需要通过引入标度因子调节机械结构和外置电路系统，实时更改加速度计的标度因子，实现四个加速度计的匹配，从而实现重力梯度信号的测量。目前的旋转加速度计重力梯度仪中采用挠性力平衡加速度计，该加速度计采用电容传感和电磁反馈的工作方式，由差分电容传感检测检验质量对框架的相对位移，然后在与检验质量固连在一起的反馈线圈中施加电流，通过安培力来平衡外界加速度。在多个加速度计构成梯度仪时，在加速度计表头的磁极附近额外加入标度因子调节线圈，通过在该线圈中施加与标度因子不匹配对应的调节电流来实现成对加速度计的标度因子一致性匹配，这对构成加速度计表头的永久磁极的均匀性和稳定性提出了极高的要求，此外，对永久磁极产生的磁场进行调节还会引入非线性、温度扰动等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种标度因子可调节的电容挠性加速度计，有效避免了标度因子一致性调节中对磁极均匀性和稳定性的苛刻要求，以及调节磁场引入的非线性、温度扰动等问题，可实现对标度因子的大范围调节，调节方法简单易行，能广泛用于旋转加速度计重力梯度仪中，有效抑制沿转台平面的平动加速度噪声，以及沿转台转轴的角加速度噪声。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电容挠性加速度计，其特征在于，包括检验质量，一对差分电容器，传感器，计算模块，以及静电执行机；所述检验质量通过挠性结构连接固定的框架，所述一对差分电容器包括两个运动极板和两个固定极板，其中，两个运动极板由所述检验质量两侧面上的金属镀层构成，两个固定极板对称设置在所述检验质量的两侧，且分别与两个运动极板正对；两个运动极板连接所述传感器的输入端，所述传感器的输出端连接所述计算模块的输入端，所述计算模块的输出端连接所述静电执行机的输入端，所述静电执行机的输出端连接两个运动极板；所述传感器用于将所述检验质量的位移量转换成电压信号，所述计算模块用于根据所述传感器输出的电压信号计算需要施加到两个运动极板上的电压，所述静电执行机用于产生作用于两个运动极板的反馈电压，使所述检验质量回复到平衡位置。优选地，工作时，两个固定极板的电压由高频电压信号和直流电压信号Vb叠加而成，Vb = VM+Vtb，其中，初始偏置电压Vm为恒定值，Vtb为调整电压。 优选地，标度因子K1=2C0/md0Vb，其中，C0为所述检验质量在平衡位置时所述一 对差分电容器的容值，m为所述检验质量的质量，Cltl为所述检验质量在平衡位置时两个固定极板和与其对应的运动极板的间距。优选地，|vtb|≤|Vbo|。按照本专利技术的另一方面，提供了一种含有上述电容挠性加速度计的旋转加速度计重力梯度仪。按照本专利技术的又一方面，提供了一种旋转加速度计重力梯度仪中加速度计标度因子的一致性调节方法，所述旋转加速度计重力梯度仪含有一对上述电容挠性加速度计，其特征在于，根据所述一对电容挠性加速度计的静电执行机产生的作用于各电容挠性加速度计同侧运动极板的反馈电压Vfl和vf2，得到所述一对电容挠性加速度计的标度因子的残差信号E12 = Vfl+Vf2 ;通过参考信号对残差信号进行解调，得到残差信号幅值；根据残差信号幅值产生匹配调整电压Va 作为其中一个电容挠性加速度计的调整电压输入，或者将0.5Va和-0.5Va分别所述一对电容挠性加速度计的调整电压输入，使所述一对电容挠性加速度计的标度因子保持一致。按照本专利技术的又一方面，提供了一种旋转加速度计重力梯度仪中加速度计标度因子的一致性调节方法，所述旋转加速度计重力梯度仪含有两对上述电容挠性加速度计，分别为第一、第二、第三和第四加速度计，其特征在于，使所述第一和第二加速度计的标度因子保持一致；使所述第三和第四加速度计的标度因子保持一致；根据所述第一、第二、第三和第四加速度计的静电执行机产生的作用于各加速度计同侧运动极板的反馈电压Vfl、vf2、Vf3和vf4，得到四个加速度计的标度因子的残差信号E1234 = Vfl+Vf2+Vf3+Vf4 ;通过参考信号对残差信号进行解调，得到残差信号幅值；根据残差信号幅值产生匹配调整电压Val234 ;将匹配调整电压作为其中一个加速度计的调整电压输入，或者将0.25Val234作为所述第一和第二加速度计的调整电压输入，同时将-0.25Val234作为所述第三和第四加速度计的调整电压输入，使两对加速度计的标度因子保持一致。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，无需使用磁反馈线圈，采用电容传感和静电反馈的工作方式，将静电执行机的输出电压进行组合得到施加在差分电容固定极板上的调整电压，即可实现标度因子的实时在线匹配调节，完全避免了标度因子一致性调节中由磁反馈线圈带来的对磁极均匀性和稳定性的苛刻要求，以及调节磁场引入的非线性、温度扰动等问题。可实现对标度因子的大范围调节，调节方法简单方便。因此，将本专利技术的加速度计用于旋转加速度计重力梯度仪中，通过对加速度计标度因子的一致性匹配，能有效抑制沿转台平面的平动加速度噪声，以及沿转台转轴的角加速度噪声。【附图说明】图1是本专利技术实施例的电容挠性加速度计的结构示意图；图2是两个加速度计标度因子一致性调节的原理示意图；图3是四个加速度计标度因子一致性调节的原理示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1-检验质量，2-挠性结构，3-框架，4-金属镀层，5-固定极板，7-传感器，8-计算模块，9-静电执行机，11-加法器，14-解调器，15-计算控制模块。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容挠性加速度计，其特征在于，包括检验质量(1)，一对差分电容器，传感器(7)，计算模块(8)，以及静电执行机(9)；所述检验质量(1)通过挠性结构(2)连接固定的框架(3)，所述一对差分电容器包括两个运动极板和两个固定极板，其中，两个运动极板由所述检验质量(1)两侧面上的金属镀层(4)构成，两个固定极板(5)对称设置在所述检验质量(1)的两侧，且分别与两个运动极板正对；两个运动极板连接所述传感器(7)的输入端，所述传感器(7)的输出端连接所述计算模块(8)的输入端，所述计算模块(8)的输出端连接所述静电执行机(9)的输入端，所述静电执行机(9)的输出端连接两个运动极板；所述传感器(7)用于将所述检验质量(1)的位移量转换成电压信号，所述计算模块(8)用于根据所述传感器(7)输出的电压信号计算需要施加到两个运动极板上的电压，所述静电执行机(9)用于产生作用于两个运动极板的反馈电压，使所述检验质量(1)回复到平衡位置。

【技术特征摘要】
1.一种电容挠性加速度计，其特征在于，包括检验质量(I)，一对差分电容器，传感器(7)，计算模块(8)，以及静电执行机(9)； 所述检验质量(I)通过挠性结构(2)连接固定的框架(3)，所述一对差分电容器包括两个运动极板和两个固定极板，其中，两个运动极板由所述检验质量(I)两侧面上的金属镀层(4)构成，两个固定极板(5)对称设置在所述检验质量(I)的两侧，且分别与两个运动极板正对； 两个运动极板连接所述传感器(7)的输入端，所述传感器(7)的输出端连接所述计算模块(8)的输入端，所述计算模块(8)的输出端连接所述静电执行机(9)的输入端，所述静电执行机(9)的输出端连接两个运动极板； 所述传感器(7)用于将所述检验质量(I)的位移量转换成电压信号，所述计算模块(8)用于根据所述传感器(7)输出的电压信号计算需要施加到两个运动极板上的电压，所述静电执行机(9)用于产生作用于两个运动极板的反馈电压，使所述检验质量(I)回复到平衡位置。2.如权利要求1所述的电容挠性加速度计，其特征在于，工作时，两个固定极板(5)的电压由高频电压信号和直流电压信号Vb叠加而成，Vb = Vb(l+Vtb，其中，初始偏置电压Vm为恒定值，Vtb为调整电压。3.如权利要求2所述的电容挠性加速度计，其特征在于，标度因子 4.如权利要求2或3所述的电容挠性加速度计，其特征在于，|Vtb|( IVbtlU5.含有如权利要求1至4中任一项所述的电容挠性加速度计的旋转加速度计重力梯度仪。6.一种旋转加速度计重力梯度仪中加速度计标度因子的一致性调节方法，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂良成，王志伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42