[发明专利]一种标度因子可调节的电容挠性加速度计

说明书

技术领域

本发明属于地球重力场测量技术领域，更具体地，涉及一种标度因子可调节的电容挠性加速度计。

背景技术

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Lockheed Marin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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，按照本发明的一个方面，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V_b叠加而成，V_b＝V_b0+V_tb，其中，初始偏置电压V_b0为恒定值，V_tb为调整电压。

优选地，标度因子其中，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，d₀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，|V_tb|≤|V_b0|。

按照本发明的另一方面，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。