CN110376400A - 一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，该装置包括悬浮浮子部分、定子容器部分、压力平衡部分和张丝悬挂部分；所述悬浮浮子部分为中空多极板结构，所述定子容器部分中包含定电极多极板结构及悬浮浮子限位结构，容器中充满绝缘介质硅油；所述压力平衡部分为空腔结构，使所述定子容器部分中的硅油液压保持恒定；所述张丝悬挂部分由上下平行的两组碳纤维悬丝构成。本发明利用了静电力产生原理，多极板结构可以在支承电压不变的条件下，成倍增加支承结构所提供的静电力；本发明从原理上降低了实现静电加速度计地面悬浮所需的支承高压，提升了装置可实现性、可靠性及稳定性，并可以有效的提高静电加速度计的精度。

Description

一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置
技术领域
本发明属于静电加速度计测量领域，尤其涉及一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置。
背景技术
静电加速度计是航空、航天等微重力测量环境中用于测量缓慢变化的微弱加速度的关键测量元件之一。其灵敏度高、测量量程小、被测质量与固体外壳之间没有机械性的连接以及可以根据不同环境改变带宽分辨力等突出特点，在测量缓慢变化的微弱加速度的应用领域有着绝对优势。随着静电加速度计在航空航天领域的研究逐渐成熟，在地面测量环境下的静电加速度计的研究工作对于地面微弱加速度的检测具有重要意义。其要求静电加速度计在地面测量环境下能够实现其高精度、高可靠性及高稳定性的特点。
但对于应用于地面测量条件的静电加速度计，其需要克服1g的地面重力加速度，这对于静电加速度计的悬浮支承系统提出了极高的要求。如悬浮支承系统需实现高达几千伏的支承电压并且其输出要求具有极高稳定性和可靠性。因此亟需研究一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，以促进空间静电加速度计的标定及地面微弱加速度检测手段的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有应用于地面测量条件的静电加速度计的悬浮支承装置的电压过高、不稳定的不足，提供一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，该装置包括悬浮浮子部分、定子容器部分、压力平衡部分和张丝悬挂部分；
所述悬浮浮子部分为中空多极板结构，由完全密封的中空圆形浮筒以及沿浮筒轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与浮筒轴向垂直，所述的中空多极板结构放置在定子容器部分中，并完全浸入绝缘介质硅油；
所述定子容器部分中包含定电极多极板结构及悬浮浮子限位结构，定电极多极板结构由沿容器轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与容器轴向垂直，并与中空多极板结构相互配合，容器中充满绝缘介质硅油；
所述压力平衡部分为空腔结构，通过细管与定子容器部分连通，在空腔结构中，注入适量空气，使所述定子容器部分中的硅油液压保持恒定；
所述张丝悬挂部分由上下平行的两组碳纤维悬丝构成，每组碳纤维悬丝包含四根特征参数相同的碳纤维，每组碳纤维悬丝呈十字型分布，每个方向上布置有两根共线的碳纤维，碳纤维悬丝的正交点与悬浮浮子重心重合，碳纤维悬丝系于中空多极板结构的最上极板与最下极板的边缘。
进一步地，所述悬浮浮子部分的中空多极板结构用于在支承电压不变的情况下，增加输出静电力进而克服地面重力，增加液浮静电加速度计装置的适用范围。
进一步地，通过调节中空多极板的中空部分体积来调节悬浮浮子的浮力，进而降低静电悬浮所需电压值，从而实现地面测量环境下的静电悬浮。
进一步地，定子容器部分中的硅油用于增加液浮静电加速度计装置的绝缘性能，使中空多极板与定电极多极板之间不易发生击穿，并为悬浮浮子提供浮力，减少悬浮浮子克服重力所需的支承电压；硅油的液体阻尼能够使液浮静电加速度计装置工作更稳定，提高装置可靠性。
进一步地，所述的定子容器部分中的定电极多极板结构与悬浮浮子部分的中空多极板结构构成多组对应电极，从而增加装置静电力。
进一步地，所述的定子容器部分的悬浮浮子限位结构用于限制悬浮浮子初始位置，设置在定电极多极板结构最下端，用于防止悬浮浮子部分的中空多极板电极与定子容器部分的定电极多极板电极碰触发生短路现象，避免造成液浮静电加速度计装置崩溃。
进一步地，所述定子容器部分和所述压力平衡部分构成完全密闭结构。
进一步地，所述碳纤维的特征参数包括碳纤维的牌号、长度、直径和弹性模量等。
本发明的有益效果是，本发明利用了静电力产生原理，合理地设计了一种多极板结构，并采用了硅油作为装置绝缘介质。这种方法的优势是，多极板结构可以在支承电压不变的条件下，成倍增加支承结构所提供的静电力；采用硅油作为装置绝缘介质，在提高介质介电常数增加静电力的同时，还能够提供一定的浮力，从而减少克服重力所需的静电力。这种方法从原理上降低了实现静电加速度计浮子地面悬浮所需的支承高压，提升了装置的可实现性、可靠性及稳定性，并可以有效的提高静电加速度计的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍；
图1是液浮静电加速度计装置的结构示意图；
图中：悬浮浮子部分1、定子容器部分2、压力平衡部分3、张丝悬挂部分4。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更见清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所述实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，该装置包括悬浮浮子部分1、定子容器部分2、压力平衡部分3和张丝悬挂部分4；
所述悬浮浮子部分1为中空多极板结构，由完全密封的中空圆形浮筒以及沿浮筒轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与浮筒轴向垂直，所述的中空多极板结构放置在定子容器部分2中，并完全浸入绝缘介质硅油；
所述定子容器部分2中包含定电极多极板结构及悬浮浮子限位结构，定电极多极板结构由沿容器轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与容器轴向垂直，并与中空多极板结构相互配合，容器中充满绝缘介质硅油；
所述压力平衡部分3为空腔结构，通过细管与定子容器部分2连通，在空腔结构中，注入适量空气，使所述定子容器部分2中的硅油液压保持恒定；
所述张丝悬挂部分4由上下平行的两组碳纤维悬丝构成，每组碳纤维悬丝包含四根特征参数相同的碳纤维，每组碳纤维悬丝呈十字型分布，每个方向上布置有两根共线的碳纤维，碳纤维悬丝的正交点与悬浮浮子重心重合，碳纤维悬丝系于中空多极板结构的最上极板与最下极板的边缘。
进一步地，所述悬浮浮子部分1的中空多极板结构用于在支承电压不变的情况下，增加输出静电力进而克服地面重力，增加液浮静电加速度计装置的适用范围。
进一步地，通过调节中空多极板的中空部分体积来调节悬浮浮子的浮力，进而降低静电悬浮所需电压值，从而实现地面测量环境下的静电悬浮。
进一步地，定子容器部分2中的硅油用于增加液浮静电加速度计装置的绝缘性能，使中空多极板与定电极多极板之间不易发生击穿，并为悬浮浮子提供浮力，减少悬浮浮子克服重力所需的支承电压；硅油的液体阻尼能够使液浮静电加速度计装置工作更稳定，提高装置可靠性。
进一步地，所述的定子容器部分2中的定电极多极板结构与悬浮浮子部分1的中空多极板结构构成多组对应电极，从而增加装置静电力。
进一步地，所述的定子容器部分2的悬浮浮子限位结构用于限制悬浮浮子初始位置，设置在定电极多极板结构最下端，用于防止悬浮浮子部分1的中空多极板电极与定子容器部分 2的定电极多极板电极碰触发生短路现象，避免造成液浮静电加速度计装置崩溃。
进一步地，所述定子容器部分2和所述压力平衡部分3构成完全密闭结构。
进一步地，所述碳纤维的特征参数包括碳纤维的牌号、长度、直径和弹性模量等。
本发明的实现方法，具体如下：
在定子容器部分2注满硅油，将悬浮浮子部分1放置在定子容器部分2中，并完全浸入硅油中，拉紧张丝悬挂部分4，并为定子容器部分2的定电极多极板结构进行加电，使悬浮浮子部分1在硅油的浮力和加电多极板提供的静电力的共同作用下，实现悬浮，完成液浮静电加速度计装置的起支环节。
当测量环境温度发生变化时，定子容器部分2中的硅油会根据温度变化发生微弱的热胀冷缩现象，使容器内的压强发生改变，进而影响到浮力和液体阻尼，通过压缩或膨胀压力平衡部分3中的密封气体，控制密闭容器内的液体压强，使内外压力环境保持恒定，提高装置工作稳定性。
在装置内压力恒定时，如有外界加速度输入，悬浮浮子部分1的位置会偏离初始平衡点，通过位置检测手段获取位移变化后，改变定电极多极板结构上的施加电压，提供静电力使悬浮浮子部分1重新达到力平衡状态，通过电压变化值可以间接获得当前悬浮浮子所受的外界加速度。
本发明利用了静电力产生原理，合理地设计了一种多极板结构，并采用了硅油作为装置绝缘介质。这种方法的优势是，多极板结构可以在支承电压不变的条件下，成倍增加支承结构所提供的静电力；采用硅油作为装置绝缘介质，在提高介质介电常数增加静电力的同时，还能够提供一定的浮力，从而减少克服重力所需的静电力。这种方法从原理上降低了实现静电加速度计浮子地面悬浮所需的支承高压，提升了装置的可实现性、可靠性及稳定性，并可以有效的提高静电加速度计的精度。
本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，该装置包括悬浮浮子部分(1)、定子容器部分(2)、压力平衡部分(3)和张丝悬挂部分(4)。
所述悬浮浮子部分(1)为中空多极板结构，由完全密封的中空圆形浮筒以及沿浮筒轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与浮筒轴向垂直，所述的中空多极板结构放置在定子容器部分(2)中，并完全浸入绝缘介质硅油。
所述定子容器部分(2)中包含定电极多极板结构及悬浮浮子限位结构，定电极多极板结构由沿容器轴向均匀排布的平板电极构成，电极板平面与容器轴向垂直，并与中空多极板结构相互配合，容器中充满绝缘介质硅油。
所述压力平衡部分(3)为空腔结构，通过细管与定子容器部分(2)连通，在空腔结构中，注入适量空气，使所述定子容器部分(2)中的硅油液压保持恒定。
所述张丝悬挂部分(4)由上下平行的两组碳纤维悬丝构成，每组碳纤维悬丝包含四根特征参数相同的碳纤维，每组碳纤维悬丝呈十字型分布，每个方向上布置有两根共线的碳纤维，碳纤维悬丝的正交点与悬浮浮子重心重合，两组碳纤维悬丝分别系于中空多极板结构的最上极板与最下极板的边缘。
2.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，所述悬浮浮子部分(1)的中空多极板结构用于在支承电压不变的情况下，增加输出静电力，增加液浮静电加速度计装置的适用范围。
3.根据权利要求2所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，通过改变中空多极板的中空部分体积来调节悬浮浮子的浮力，降低静电悬浮所需电压值，从而实现地面测量环境下的静电悬浮。
4.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，定子容器部分(2)中的硅油用于增加液浮静电加速度计装置的绝缘性能，使中空多极板与定电极多极板之间不易发生击穿，并为悬浮浮子提供浮力，减少悬浮浮子克服重力所需的支承电压。
5.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，所述的定子容器部分(2)中的定电极多极板结构与悬浮浮子部分(1)的中空多极板结构构成多组对应电极。
6.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，所述的定子容器部分(2)的悬浮浮子限位结构用于限制悬浮浮子初始位置，设置在定电极多极板结构最下端，用于防止悬浮浮子部分(1)的中空多极板电极与定子容器部分(2)的定电极多极板电极碰触发生短路现象，避免造成液浮静电加速度计装置崩溃。
7.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，所述定子容器部分(2)和所述压力平衡部分(3)构成完全密闭结构。
8.根据权利要求1所述的一种应用于地面测量环境下的液浮静电加速度计装置，其特征在于，所述碳纤维的特征参数包括碳纤维的牌号、长度、直径和弹性模量等。
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