[发明专利]一种静电加速度计的地面硬件在环仿真装置及方法

说明书

本发明属于测量技术领域，公开了一种静电加速度计的地面硬件在环仿真装置及方法；装置包括：探头模拟电路，乘法器、电容传感电路和反馈控制电路；探头模拟电路用于通过将电压信号解析后与虚拟加速度输入计算获得包含探头位置的各极板电容差信号，通过幅度调制的方式实现虚拟探头模拟真实探头输出信号；电容传感电路用于接收调制过后的电容差信号并利用交流放大器对信号进行选择性放大；反馈控制电路用于将各极板电容差信号组合成各自由度信号后，利用控制算法反组合成各极板静电力信号接入后续的探头模拟电路。本发明中，虚拟探头可以通过虚拟加速度输入模拟真实探头在轨时可能的运动状态，完成对探头六自由度的指标验证。

技术领域

本发明属于测量技术领域，更具体地，涉及一种静电加速度计的地面硬件在环仿真装置及方法。

背景技术

静电加速度计是一种惯性传感器，以其精度高而应用于各种现代空间实验。由于静电加速度计的量程很小，对其进行地面测试时受重力加速度影响较为严重。为了克服重力影响，针对静电加速度计常用的地面测试方案有高压悬浮法、悬丝悬挂法和自由落体法。

高压悬浮法是通过向静电加速度计探头中竖直方向的极板施加高电压产生静电力来克服重力，这种方法的优点在于可以实现六自由度测量，但由于高压方向的非线性因素，使得竖直方向控制较为困难，且高压引入的耦合噪声难以评估敏感轴在轨运行时真实的噪声本底。

悬丝悬挂法是通过一根悬丝将检验质量挂起以克服重力，悬丝悬挂法的优点在于避免了高压耦合噪声的干扰，但其机械结构决定了该方法一次性最多只能对两个自由度进行测试。

自由落体法是对加速度计测试方案中最接近在轨状态的方法，但是自由落体的时间受限于实验装置的高度，无法观测加速度计在低频处的特性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种静电加速度计的地面硬件在环仿真装置，旨在解决现有技术中由于操作复杂，无法同时测试六个自由度导致延长产品研究周期，增加测试成本的问题。

本发明提供了一种静电加速度计的地面硬件在环仿真装置，包括：探头模拟电路，乘法器、电容传感电路和反馈控制电路；探头模拟电路用于通过将包含反馈静电力信息的电压信号解析后与虚拟加速度输入计算获得包含探头位置的各极板电容差信号，通过幅度调制的方式实现虚拟探头模拟真实探头输出信号；乘法器的输入连接至所述探头模拟电路的输出端，用于完成探头模拟电路输出信号的幅度调制；电容传感电路的输入端连接至乘法器的输出端，用于接收调制过后的电容差信号，并利用交流放大器对信号进行选择性放大；通过锁相放大环节对调制后的信号进行解调，最后将解调后的信号经低通滤波后输送给后续的反馈控制电路；反馈控制电路的输入端连接至电容传感电路的输出端，用于将测量得到的各极板电容差信号组合成各自由度信号后，利用控制算法将包含各自由度的控制力信号反组合成各极板静电力信号接入后续的探头模拟电路。

更进一步地，探头模拟电路包括：虚拟加速度模块、加法器、动力学响应单元、电容差计算单元、调幅信号计算单元、DAC、ADC和静电执行机；虚拟加速度模块用于产生虚拟的加速度扰动信号；加法器的第一输入端连接至虚拟加速度模块的输出端用于接收虚拟加速度信号，第二输入端连接至所述静电执行机的输出端，用于将两路加速度信号相加得到施加到虚拟探头的合加速度；动力学响应单元的输入端连接至加法器的输出端，动力学响应单元用于将虚拟探头的加速度信号解析为位移信号；电容差计算单元的输入端连接至动力学响应单元的输出端，电容差计算单元用于将虚拟探头的位移信号解析为虚拟探头各极板电容差信号；调幅信号计算单元的输入端连接至所述电容差计算单元的输出端，调幅信号计算单元用于将虚拟探头各极板电容差信号归一化为真实探头对应输出各极板电容差信号；DAC的输入端连接至所述调幅信号计算单元的输出端，DAC用于将归一化后的虚拟探头电容差信号由数字信号转为模拟信号输出；ADC的输入端连接至反馈控制电路的输出端，用于将反馈模拟信号采集为数字信号；静电执行机的输入端连接至ADC的输出端，用于将采集后的反馈静电力信号解析为反馈加速度信号。