【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间精密探测领域，具体涉及一种基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法。
技术介绍
1、惯性传感器是空间精密探测的关键载荷，电容传感电路是其中重要的检测单元。受限于结构件加工精度、电子元器件自身精度等因素的影响，电容传感电路的实际增益系数(标度因子)往往与理论值存在一定的差异，因此需要对其进行准确标定。标定的精度主要取决于输入位移的精度，目前，主要的标定方法有利用钽电容提供稳定输入进行标定、利用单轴位移台实现连续可调节电容进行标定等。目前所采用的标定方法均存在一定的提升空间，一方面，由于未采用实际的敏感结构仅能对电路的增益进行标定，而无法获得不同通道下的加工差异等因素，无法满足实际应用环境；另一方面，检测电路的本质是检测检验质量与电极笼之间的相对位置关系，而目前采用的标定方法无法获得检测电压相对于位移的增益关系，因此无法通过检测电压值精确得到检验质量与电极笼之间的相对位移；同时，这些标定方法并没有采用连续运动的方式，容易受到1/f噪声的影响，影响标定的精度。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其构思合理,利用敏感结构工程原理样机输出精确位移进行多自由度电容传感标定测试，旨在实现对电容传感器在多自由度上的高效标定，得到各通道电容传感电路电压—位移增益系数。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其主要包括以下
3、(1)调节检验质量位于电极笼中心位置，且检验质量相对于电极笼的平动误差小于5μm，转动误差小于200μrad；
4、(2)控制电极笼分别在xy平面、xz平面、yz平面上做圆周运动；
5、(3)检测敏感装置在x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压，并采集该输出电压；
6、(4)对上述步骤(3)中的输出电压进行解调处理，得到x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压幅值；
7、(5)将上述步骤(4)中得到的x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压幅值与圆周运动半径作比，得到x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的位移增益系数。
8、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中，所述步骤(2)中的圆周运动通过运动叠加产生，具体是控制电极笼分别在x轴、y轴和z轴中的任意两轴轴向做频率及幅值相同的正弦运动，且任意两轴之间正弦运动的相位差为90°。
9、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述步骤(2)中在xy平面进行圆周运动是通过控制电极笼在x轴、y轴轴向进行频率为1hz的正弦运动叠加而成的，且y轴轴向运动的相位超前于x轴轴向运动的相位90°；所述步骤(2)中在xz平面进行圆周运动是通过控制电极笼在x轴、z轴轴向进行频率为1hz的正弦运动叠加而成的，且z轴轴向运动的相位超前于x轴轴向运动的相位90°；所述步骤(2)中在yz平面进行的圆周运动，是通过控制电极笼在y轴、z轴轴向进行频率为1hz的正弦运动叠加而成的，且z轴轴向运动的相位超前于y轴轴向运动的相位90°。
10、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述圆周运动的运动半径与所述正弦运动的运动幅值相等，所述圆周运动的运动角速度ω与所述正弦运动的运动频率f的关系为：
11、ω＝2πf。
12、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中,所述步骤(3)中所采集的x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压特征为:各测量通道的输出电压频率与电极笼轴向运动频率一致，各测量通道的输出电压幅值为该通道标度因子与圆周运动半径之积。
13、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述步骤(3)中的采集输出电压的频率选择为正弦运动频率的20倍以上，采样点数选择为正弦运动频率的整数倍。
14、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述步骤(4)中对输出电压进行解调处理是采用相干解调的方法进行解调，利用同频同相且幅度为2v的正弦载波信号与检测信号进行相乘，取均值得到输出电压幅值；且所述相干解调的方法采用最优解近似检测电压的方法。
15、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中，所述最优解近似检测电压的具体步骤为：
16、4.1)通过选定载波信号可能的频率区间和相位，并确定步长，来生成多组不同频率及初始相位，幅值均为2v的载波；
17、4.2)将采样所得的输出电压数据与载波数据对应分别相乘，得到与采样点数一致数据量的解调数据；
18、4.3)将各组解调数据分别均值，取其中均值绝对值最大的数据作为检测电压的近似值；
19、4.4)对x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道分别进行测试，得到x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压幅值。
20、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中，所述步骤4.4)中对六个通道的分别进行测试的具体步骤为：
21、4.4.1)通过控制电极笼在xy平面的运动，可以测得x1、x2、y1、y2通道的输出电压幅值；
22、4.4.2)通过控制电极笼在xz平面的运动，可以测得x1、x2、z1、z2通道的输出电压幅值；
23、4.4.3)通过控制电极笼在yz平面的运动，可以测得y1、y2、z1、z2通道的输出电压幅值；
24、4.4.4)对每个运动所得的两组数据取均值，最终求得x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压幅值。
25、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述标定测试方法是抑制检验质量与电极笼之间的转动耦合；且所述转动耦合的耦合机理为：当检验质量与电极笼之间存在相对转动时，会导致检测轴偏离运动轴方向，故电极笼在检测轴的运动轨迹与施加在运动轴的运动轨迹会存在偏差，导致标定产生偏差。
26、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中：所述运动轴为施加运动分量的所在轴；所述检测轴为电极检测得实际运动所在轴；在电极笼与检验质量之间无相对转动的情况下，所述检测轴与所述运动轴重合；当电极笼与检验质量存在相对转动时，所述检测轴偏离所述运动轴，偏离的角度为电极笼与检验质量相对转动角度的一半。
27、所述基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其中，所述检验质量与电极笼之间的转动耦合的抑制方式为:所述x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的电容传感电路电压—位移增益系数是通过各通道的检测电压值与检测轴运动作比求得；在圆周运动下，电极笼在所述检测轴与运动轴的运动分量为幅值与频率均相等的正弦运动；所述检测轴的轴向运动分量的幅值和频率可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述标定测试方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述步骤(2)中的圆周运动通过运动叠加产生，具体是控制电极笼分别在X轴、Y轴和Z轴中的任意两轴轴向做频率及幅值相同的正弦运动，且任意两轴之间正弦运动的相位差为90°。
3.如权利要求2所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(2)中在XY平面进行圆周运动是通过控制电极笼在X轴、Y轴轴向进行频率为1Hz的正弦运动叠加而成的，且Y轴轴向运动的相位超前于X轴轴向运动的相位90°；
4.如权利要求2所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述圆周运动的运动半径与所述正弦运动的运动幅值相等，所述圆周运动的运动角速度ω与所述正弦运动的运动频率f的关系为：
5.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于,所述步骤(3)中所采集的X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2
6.如权利要求1或5所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(3)中的采集输出电压的频率选择为正弦运动频率的20倍以上，采样点数选择为正弦运动频率的整数倍。
7.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(4)中对输出电压进行解调处理是采用相干解调的方法进行解调，利用同频同相且幅度为2V的正弦载波信号与检测信号进行相乘，取均值得到输出电压幅值；且所述相干解调的方法采用最优解近似检测电压的方法。
8.如权利要求7所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述最优解近似检测电压的具体步骤为：
9.如权利要求8所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述步骤4.4)中对六个通道的分别进行测试的具体步骤为：
10.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述标定测试方法是抑制检验质量与电极笼之间的转动耦合；且所述转动耦合的耦合机理为：当检验质量与电极笼之间存在相对转动时，会导致检测轴偏离运动轴方向，故电极笼在检测轴的运动轨迹与施加在运动轴的运动轨迹会存在偏差，导致标定产生偏差。
11.如权利要求10所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述运动轴为施加运动分量的所在轴；所述检测轴为电极检测得实际运动所在轴；在电极笼与检验质量之间无相对转动的情况下，所述检测轴与所述运动轴重合；当电极笼与检验质量存在相对转动时，所述检测轴偏离所述运动轴，偏离的角度为电极笼与检验质量相对转动角度的一半。
12.如权利要求10所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述检验质量与电极笼之间的转动耦合的抑制方式为:所述X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2测量通道的电容传感电路电压—位移增益系数是通过各通道的检测电压值与检测轴运动作比求得；在圆周运动下，电极笼在所述检测轴与运动轴的运动分量为幅值与频率均相等的正弦运动；
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述标定测试方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于，所述步骤(2)中的圆周运动通过运动叠加产生，具体是控制电极笼分别在x轴、y轴和z轴中的任意两轴轴向做频率及幅值相同的正弦运动，且任意两轴之间正弦运动的相位差为90°。
3.如权利要求2所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(2)中在xy平面进行圆周运动是通过控制电极笼在x轴、y轴轴向进行频率为1hz的正弦运动叠加而成的，且y轴轴向运动的相位超前于x轴轴向运动的相位90°；
4.如权利要求2所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述圆周运动的运动半径与所述正弦运动的运动幅值相等，所述圆周运动的运动角速度ω与所述正弦运动的运动频率f的关系为：
5.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于,所述步骤(3)中所采集的x1、x2、y1、y2、z1、z2测量通道的输出电压特征为:各测量通道的输出电压频率与电极笼轴向运动频率一致，各测量通道的输出电压幅值为该通道标度因子与圆周运动半径之积。
6.如权利要求1或5所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(3)中的采集输出电压的频率选择为正弦运动频率的20倍以上，采样点数选择为正弦运动频率的整数倍。
7.如权利要求1所述的基于惯性传感器电容传感电路的耦合抑制标定测试方法,其特征在于：所述步骤(4)中对输出电压进行解调处理是采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：王少鑫，刘东旭，齐克奇，郭纬川，詹璇，罗子人，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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