文献综述-中英文文献翻译-静电悬浮式三轴加速度传感器设计及其空间应用前景论述

1静电悬浮式三轴加速度传感器设计及其空间静电悬浮式三轴加速度传感器设计及其空间静电悬浮式三轴加速度传感器设计及其空间静电悬浮式三轴加速度传感器设计及其空间应用前景论述应用前景论述应用前景论述应用前景论述摘要 静 电悬浮几三轴加速度计的针对太空的微重力水平设计的，理论分析表明加速度计最大的量程为 35辨率为 1可以满足多方面的太空应用 。 同时分析了可能存在的误差源 。 研究了一些相关技术和加工工艺 。 基于设计一种高精度的加速度计 ， 本文提出了一种用于低轨道卫星的测量重力加速度的加速度计的理论设计方案 。 一般来讲 ， 获得来自人造卫星的地球重力的方法如下所示 ： 使用 非重力性质的力使用卫星上的微型加速度计检测 ， 二者之差就是我们要求的重力，它与地球重力场有直接的联系。最后我们得出如下结论 ：用 于 重 力 加 速 度 检 测 的 最 适 频 宽 为 理 论 结 果 将 对 将 来 卫星上重力场的检测具有一定的价值。关键词 ：静电悬浮 加速度计 重力场检测 分辨率 重力是太空环境的主要特性，为了精确的监控空间的微重力场 ， ， 必须设计一种低偏差 ， 高分辨率的特殊加速度传感器 ， 静电悬浮加速度计在低于 1 因此 ， 它在地球场检测和微重力科学中具有得天独厚的 优 势 。 已 经 有 好 多 种 静 电 悬 浮 加 速 度 计 面 世 。 的 度 计 ， 由法国的 用于检测卫星上的非重力加速度计其频带从足够的频带的交 流 电 到 这 些 力 包 括 空 气 阻 力 ， 太 阳 射 线 压 力 。 地 面 返 照 率 以 及 姿 态 调整力。 0 100轴和 检测了剩余的微重力干扰其频带从交流电到不到 1精度小于 1 用于精确检测空间站或太空实验室的 环境因素。 速度计，得到 力支持，被用于 表盘上用于检测微重力作用。项目团的数据显示： 0精度达到了 研发目的 。 是为了在微观水平提供精确 稳 定 的 加 速 度 ， 被 用 于 空 间 的 微 重 力 检 测 诸 如 微 重 力 科 学 支 持 的 空 间2屏蔽和国际空间站。 静电悬浮加速度计设计的理论分析 如 图 所 示 静 电 悬 浮 加 速 度 传 感 器 主 要 由 一 个 中 心 检 测 质 量 和 六 个 电 容 极 板 组成 ,外加固定极板用的外壳 (图中未示出 )。检测质量采用立方体结构设计 ,由金属材料制成 ; 悬 浮 式 三 轴 测 量 加 速 度 传 感 器 在 进 行 地 面 检 测 时 ,由 于 在 垂 直 于 地 面 方向 (设为 中心质量块受到地球吸引力的作用 ,因此必须给质量块施加一反方向的静电力 ,以使其达到力平衡 ,并通过反馈电压的施力作用使中心质量块在 x、y、 平衡位置 )附近 ,实现悬浮。而当传感器工作于空间飞行器上时 ,惯性力平衡了地球引力 ,因此仅需施力反馈回路的作用便可实现中心质量块的悬浮。 一 般 性 ,此 处 仅 讨 论 一 个 方 向 (位 移 的 电 容 检 测 原 理 ,其 它 两 轴 的检 测 原 理 相 同 。 当 无 加 速 度 输 入 时 ,控 制 回 路 使 检 测 质 量 处 于 初 始 平 衡 位 置 (零位 ),检 测 质 量 表 面 距 相 对 两 极 板 的 距 离 相 等 ,如 图 2所 示 。 此 时 电 容 2相等 。 当存在加速度输入时 ,检测质量沿与加速度相反的方向发生微小位移 ,2分别改变 ,两者电容之差 = 212 2 （ 1）式中 为真空介电常数 ; 测 质 量 因 加 速 度 的 输 入 而 发 生 位 移 时 ,引 起 电 容 变 化 ,进 而 由 控 制 电 路3产 生 反 馈 施 力 电 压 电 极 板 电 压 由 原 来 的 定 值 偏 置 电 压 变 为 而对检测质量产生静电力为： += 2221 （ 2）式 中 置电压 ; 馈施力电压 ;测电路增益。由力平衡条件 (,可得到加速度与检测到的反馈电压的关系当检测质量 (立方体 )体积为 料密度为 时 ,则上式变为32 22 = （ 3）通过测量反馈电压便可以知道外界输入的加速度值。重力场检测在太空中的应用 由 德 国 航 天 局 组 建 的 组 ， 致 力 于 地 球 监 测 的 多 方 位 研 究 。 它 的 目的 之一就是精确重现地球的重力场。高灵敏度加速度计 来检测非重力性质的作用力 。 作用 于 者的差值便是地球重力，这种力与地球重力常有直接的联系 。地球重力加速度，非重力加速度 和合力的加速度存在以下关系：= 4） r 是非重力加速度由仪表上的加速度计得到 ； 从上面的公式可以看出 ， 如果测得合力的总体加速度和非重力加速度，则可以确定地球引力加速度。但是，这里必须声明 ，在矢量标定之前，必须让时间匹配同时完成坐标转换 速度计在 200可检测的主要的非重力性质力。它们可以由以下两个公式大致得到： 2（ 5）= 6）如果卫星的结构是专门为检测地球引力场定做的，非重力加速度4应该小于 是空气的密度 ， 空 气 的 速 率 ， 阳 射 线 能 量 的 密 度 ， 是 大 气 层 阻 力和太阳射线压力的系数。（ 7）为 了 满 足 地 球 重 力 场 的 的 检 测 ， 合 理 的 检 测 频 带 是 非 常 重 要 的 。 飞 行 器 在300 8km/高的检测频率可以定义为：（ 8）从上面的公式可以得到频率 为 在二级模型中 ， 大约 是 10,000因 此 频 率 应 该 减 少 到 重 力 场 的 空 间 检 测 目 的 是 为 了 把 中 等 模 型定 义 到 更 低 的 级 别 ， 因 此 加 速 度 计 的 频 带 范 围 应 该 是 O O O K :O O 2,5,O H G G G O O O a