CN113341177A - 一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，采用柔性挠曲悬挂摆台的方式，使得安装摆台能够随着地面水平振动而摆动，从而利用摆台自身倾斜引入的重力沿水平方向的分量来平衡地面水平振动，再利用安装摆台上的三维位移调节平台调节加速度计在摆台上的位置，使得加速度计测点处在摆台的质心垂线上，以减小扭转运动加速度耦合到水平方向加速度上，同时调节测点的高度令其落在在整个摆台的撞击中心处，以获得撞击中心处对高频振动抑制的效果；该测点的水平加速度噪声在较宽频带内均达到较低水平，从而在该测点进行高精度惯性仪器性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及水平被动隔振系统的技术领域，具体为一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台。
背景技术
地球重力场反映地球物质的空间分布、运动和变化，确定地球重力场精细结构及时间相依变化将为现代地球科学解决人类面临的资源、环境和自然灾害等紧迫课题提供依据。卫星重力测量由于其高精度、高分辨率和高效率的特点正在逐渐成为一种重要的地球重力测量手段。近年来，各国不断开展着以地球重力场恢复为目标的卫星重力测量空间计划，其关键载荷重力梯度仪是由多对高精度加速度计组成。以欧空局的 GOCE（GravityField and Steady-State Ocean Circulation Explorer）计划为例，其搭载的加速度计分辨率高达3×10-12 m/s2/Hz1/2。此外，高精度重力仪在观测地球运动、勘探矿产资源等领域发挥了极其重要的作用，对于这类高精度的重力仪，其分辨率往往高达 10-10g 或以上。为了保证这类高精度惯性仪器的可靠工作，在地面对其进行测试与检定是一项很重要的工作。在检定过程中，灵敏度与分辨率测试是必不可少的一部分内容。在测试过程中，我们必须考虑待检仪器所处环境的本底振动噪声对测试的影响。一切地面实验都不可避免的会受到地脉动噪声的影响，即便是在最安静的地区，在惯性仪器的测量频带亚赫兹范围内，地脉动噪声依然高达10-8 m/s2/Hz1/2，这已经高出了目前很多高精度惯性仪器的噪声水平。所以要在地面上对高精度的惯性仪器的性能进行评估，地面振动隔离系统是必不可少的。
我们知道，传统的隔振系统的隔振频带取决于其固有频率。一般而言，只有在其固有频率以上才有隔振效果。目前市面上的隔振平台的固有频率大都在几个赫兹以上，而多自由度隔振系统更是少之又少，所以市面上的这些隔振平台是很难满足测量频带低到毫赫兹量级的高精度惯性仪器的测试需求。为此，我们必须打开思路，突破传统隔振系统的限制，开发能够在较宽频带范围内提供隔振效果的系统。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，针对现有的隔振系统的不足以及高精度惯性仪器的测量需求，本发明提供了一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，采用柔性挠曲悬挂摆台的方式，使得安装摆台能够随着地面水平振动而摆动，从而利用摆台自身倾斜引入的重力沿水平方向的分量来平衡地面水平振动，再利用安装摆台上的三维位移调节平台调节加速度计在摆台上的位置，使得加速度计测点处在摆台的质心垂线上，以减小扭转运动加速度耦合到水平方向加速度上，同时调节测点的高度令其落在在整个摆台的撞击中心处，以获得撞击中心处对高频振动抑制的效果；该测点的水平加速度噪声在较宽频带内均达到较低水平，从而在该测点进行高精度惯性仪器性能测试。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，包括悬挂框架、柔性挠曲、刚性摆台框架、安装摆台和局域优化调节装置，所述的悬挂框架安装在地面上，悬挂框架内顶面上端经柔性挠曲连接一置于悬挂框架内的刚性摆台框架，所述的刚性摆台框架下端连接一水平设置的安装摆台，安装摆台上端连接有置于刚性摆台框架内的局部优化调节装置；
所述的局部优化调节装置包括加速度计、三维位移调节平台、控制器和数据线缆，所述的三维位移调节平台安装在安装摆台上，三维位移调节平台上端安装有加速度计，三维位移调节平台实现加速度计在水平正交两方向和竖直方向上的移动，所述的加速度计经竖向线缆连接控制器。
优选的，所述的三维位移调节平台包括所述的三维位移调节平台（52）包括叠放安装的沿X、Y、Z轴方向进行移动的位移台，其中位移台采用MAX302三轴NanoMax挠性位移台进行精密调节。
优选的，性挠曲用于连接悬挂框架和刚性摆台框架，该柔性挠曲可以选择为任意合适结构由任意合适的材料制成，能够很好的响应外界振动而发生弯曲。
优选的，地面发生水平振动时，刚性摆台框架和安装摆台及局域优化调节装置会在地面水平振动的驱动下可以绕柔性挠曲自由地摆动，从而产生倾斜，利用摆台自身的倾斜产生的重力加速度水平分量平衡地面水平振动噪声。
优选的，通过控制器读取加速度计测得的数据，控制三维位移调节平台在水平正交两方向运动，调节加速度计在安装摆台上的水平位置，使其测点跟摆台的质心垂线重合，从而抑制扭转加速度耦合到水平方向上来。
优选的，通过控制器读取加速度计测得的数据，控制三维位移调节平台在竖直方向上运动，调节加速度计在安装摆台上的高度，使其测点跟摆台的质心垂线重合的同时，还跟摆台的撞击中心重合，从而获得撞击中心处对高频振动不响应的效果。
优选的，悬挂框架构成一个密闭系统用于减少空气流动和温度波动对测试的影响，根据实验需求，其内部还可以进行真空设计以进一步减小外界扰动对实验的影响。
优选的，结合摆台自身倾斜补偿和撞击中心效应的局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，通过三维位移调节平台调出加速度噪声水平最低的测点，即摆台的质心垂线上的撞击中心处，保证待测高精度惯性仪器在较宽频带范围内处在较好的加速度噪声环境中。
本发明有益效果为：本发明的局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，由机械部件、加速度计、三维位移调节平台及控制器组成，结构相对简单，容易实现；整个装置采用被动隔振方案，没有控制电路，避免了电路引入额外噪声；本发明利用三维位移调节平台调节加速度计在摆台上的位置，使得加速度计测点处在摆台的质心垂线上的撞击中心处，以达到最优的加速度噪声水平；同时结合了摆台自身的倾斜产生的重力加速度水平分量平衡地面水平振动噪声原理，使得摆台系统中的惯性仪器在较宽频带范围内对地面水平振动均具有较弱的响应。
附图说明
图 1 是本发明实施例提供的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台。
其中，1 为悬挂框架、2 为柔性挠曲，3 为刚性摆台框架，4 为安装摆台，5 为局域优化调节装置台、51 为加速度计，52 为三维位移调节平台，53 为控制器，54 为数据线缆。
具体实施方式
结合图1，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图 1 示出了本发明实施例提供的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
局域优化的高精度静电加速度计测试摆台包括：密闭的悬挂框架 1、柔性的二维簧片 2、刚性摆台框架 3，安装摆台 4，局域优化调节装置 5、加速度计 51、三维位移调节平台 52、控制器 53 和数据线缆 54；悬挂框架 1 与地面刚性连接，这样可以保证悬挂框架振动情况与地面振动一致；柔性的二维簧片两端分别与悬挂框架 1 和刚性摆台框架 3刚性连接；其针对不同大小力的平台采用不同弯曲挠度的弹簧片，例如10公斤左右的平台采用0.1个挠度单位的弹簧片，100公斤左右的平台采用1个挠度单位的弹簧片，刚性摆台框架 3与安装摆台 4 刚性连接；局域优化调节装置 5 放置于安装摆台 4 上，加速度计 51放置于三维位移调节平台 52 上，此处的三维位移调节平台可以采用型号为MAX302的三轴NanoMax挠性位移台来进行使用，三维位移调节平台 52 与安装摆台4 和加速度计 51 刚性连接，控制器 53 通过数据线缆 54 跟加速度计 51 和三维位移调节平台数据通讯，控制三维位移调节平台在水平正交两方向及竖直方向运动，从而调节加速度计 51 在安装摆台 4 上的位置；柔性的二维簧片 2 保证刚性摆台框架 3、安装摆台 4 以及局域优化调节装置 5 可以绕悬挂点自由摆动。
当地面水平振动时，悬挂框架 1 随地面振动，刚性摆台框架 3、安装摆台 4 以及局域优化调节装置 5 会受到一个方向与地面水平振动相反的惯性力作用，使其绕悬挂点摆动，进而安装摆台 4 会发生倾斜，利用摆台自身的倾斜产生的重力加速度水平分量平衡地面水平振动噪声。
由于是柔性的二维簧片 2 悬挂方式，刚性摆台框架 3、安装摆台 4 以及局域优化调节装置 5 受到外界扰动时，除了会绕悬挂点摆动外，还会绕摆台质心垂线转动，转动加速度会通过向心加速度耦合到水平方向上来；通过控制三维位移调节平台52，调节加速度计在安装摆台4上水平方向的位置，使得加速度计 51 的测点跟摆台的质心垂线重合，可以消除转动加速度耦合效应，提高测点的加速度噪声水平。
同时，还可以控制三维位移调节平台，调节加速度计 51 在安装摆台 4上的高度，使加速度计 51 的测点在摆台质心垂线上的同时，还跟摆台的撞击中心重合，这样可以极大的减小对高频振动的响应，提高测点的加速度噪声水平。
在本发明实施例中，柔性的二维簧片 2 是指在水平正交两方向上具有较低的弯曲刚度，能够很好的响应地面振动而产生弯曲，不可避免的它还会受到外界扰动而绕垂线扭转运动。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，包括悬挂框架（1）、柔性挠曲（2）、刚性摆台框架（3）、安装摆台（4）和局域优化调节装置（5），所述的悬挂框架（1）安装在地面上，悬挂框架（1）内顶面上端经柔性挠曲（2）连接一置于悬挂框架（1）内的刚性摆台框架（3），所述的刚性摆台框架（3）下端连接一水平设置的安装摆台（4），安装摆台（4）上端连接有置于刚性摆台框架（3）内的局部优化调节装置；
所述的局部优化调节装置包括加速度计（51）、三维位移调节平台（52）、控制器（53）和数据线缆（54），所述的三维位移调节平台（52）安装在安装摆台（4）上，三维位移调节平台（52）上端安装有加速度计（51），三维位移调节平台（52）实现加速度计（51）在水平正交两方向和竖直方向上的移动，所述的加速度计（51）经竖向线缆连接控制器（53）。
2.根据权利要求1所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的三维位移调节平台（52）包括叠放安装的沿X、Y、Z轴方向进行移动的位移台，其中位移台采用导轨丝杠式的移动调节方式进行精密调节。
3.根据权利要求1所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的加速度计（51）在静置状态下，其测点处于摆台的质心垂线上。
4.根据权利要求3所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的加速度的测点与摆台的撞击中心重合。
5.根据权利要求1所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的控制器（53）通过数据线缆（54）读取加速度计（51）测得的摆台上加速度噪声；
控制器（53）经数据线缆（54）控制三维位移调节平台（52）沿着水平正交两方向和竖直方向进行移动。
6.根据权利要求1-5中任一所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的悬挂框架（1）为一个密闭的框架系统。
7.根据权利要求6所述的一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台，其特征在于，所述的悬挂框架（1）内部为真空结构。
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| CN202110631702.XA CN113341177A (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种局域优化的高精度静电加速度计测试摆台 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114324978A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-12 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种加速度计捕获范围的地面静态标定方法 |
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2021
- 2021-06-07 CN CN202110631702.XA patent/CN113341177A/zh not_active Withdrawn
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