CN117471195A - 解算测试质量的表面电荷波动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及惯性传感器电荷管理技术领域，尤其涉及一种解算测试质量的表面电荷波动的方法，包括：S1、通过直流电压电源分别向第一极板、第二极板、第三极板和第四极板对应施加电压，使测试质量发生偏转；S2、在预设的时间范围内，以相同的时间间隔采集测试质量的偏转角度，得到m组采集数据；S3、在m组采集数据中随机抽取两组采集数据作为第一时刻采集数据和第二时刻采集数据，计算测试质量在第一时刻和第二时刻之间的偏转角度差；S4、根据步骤S3的计算结果，解算测试质量在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差。本发明能够解算测试质量的表面电荷的变化值，满足空间科学工程任务中惯性传感器的电荷管理系统的地面测试需求。
Description
技术领域
本发明涉及惯性传感器电荷管理技术领域，尤其涉及一种解算测试质量的表面电荷波动的方法。
背景技术
对于空间引力波探测任务，由宇宙射线及高能粒子引起的测试质量充电是加速度噪声的一个重要来源，所以需要对测试质量上积累的电荷进行测量与控制。在空间科学工程任务中，测试质量的表面电荷稳定性测量对于惯性传感器的电荷管理系统在地面的测试较为重要。而在地面构建超高灵敏度扭秤时，多物理场的环境至关重要，但是一些突发事件会对测试质量的表面电荷积累产生影响，并且会对扭秤灵敏度及测试质量的驱动控制效果产生影响，所以需要一种方法来对测试质量的表面电荷的波动情况进行解算，以便对测试质量的表面电荷波动情况进行研究和评估。现有的检验测试质量的方法因需使用PID控制器获取力矩，存在易受到干扰，导致系统较为不稳定等的问题。
发明内容
本发明为解决现有的检验测试质量的方法因需使用PID控制器获取力矩，存在易受到干扰，导致系统较为不稳定等的问题，提供一种解算测试质量的表面电荷波动的方法，能够解算测试质量的表面电荷的变化值，满足空间科学工程任务中惯性传感器的电荷管理系统的地面测试需求。
本发明提供的解算测试质量的表面电荷波动的方法，用于解算扭秤装置中测量质量的表面电荷差，扭秤装置包括悬丝、测量质量、第一极板、第二极板、第三极板和第四极板，悬丝的一端固定在安装平台上，悬丝的另一端悬挂有测试质量，将第一极板、第二极板、第三极板和第四极板两两分为一组，均布在测试质量的两侧，第一极板与第三极板呈对角布置，且第一极板、第二极板、第三极板和第四极板与测试质量的距离处处相同，第一极板、第二极板、第三极板和第四极板均通过导线与直流电压电源相连，具体包括如下步骤：
S1：通过直流电压电源分别向第一极板、第二极板、第三极板和第四极板对应施加第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值，使测试质量发生偏转。
S2：在预设的时间范围内，以相同的时间间隔采集测试质量的偏转角度，得到m组采集数据，每组采集数据包括采集时间、测试质量当前的偏转角度。
S3：在m组采集数据中随机抽取两组采集数据作为第一时刻采集数据和第二时刻采集数据，根据第一时刻采集数据中的偏转角度和第二时刻采集数据中的偏转角度通过下式计算测试质量在第一时刻和第二时刻之间的偏转角度差：
其中，为扭秤装置的传递函数的振幅响应，/>为测试质量在第一时刻和第二时刻之间的静电合转矩差，CT为测试质量的总电容，ε为真空介电常数，ε＝8.85×10-12F/m，b为位于同一侧的两个极板的中心之间的距离，S为测试质量与各极板组成的电容器的有效面积，d0为测试质量与各极板的间距，ΔQ为测试质量在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差，u1为第一电压值，-u2为第二电压值，u3为第三电压值，-u4为第四电压值。
S4：根据式(1)解算测试质量在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差ΔQ:
优选地，利用自准直仪采集测试质量的偏转角度。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
(1)本发明提出的解算测试质量的表面电荷波动的方法，能够实现测试质量的表面电荷的稳定性测量。
(2)本发明提出的解算测试质量的表面电荷波动的方法，能够通过利用某段时间内测试质量的表面电荷的变化研究这段时间内存在的环境及突发事件等的干扰情况，解决了因环境及突发事件等干扰情况使地面上的惯性传感器的电荷管理系统的稳定性难以分析、量化的问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的扭秤装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的解算测试质量的表面电荷波动的方法的流程示意图。
附图标记：悬丝1、测试质量2、第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明提供的解算测试质量的表面电荷波动的方法，用于解算扭秤装置中测量质量的表面电荷差。
图1示出了根据本发明实施例提供的扭秤装置的结构。
如图1所示，扭秤装置包括悬丝1、测量质量2、第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6，悬丝1的一端固定在安装平台上，悬丝1的另一端悬挂有测试质量2，将第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6两两分为一组，均布在测试质量2的两侧，第一极板3与第三极板5呈对角布置，且第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6与测试质量2的距离处处相同，第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6均通过导线与直流电压电源相连。
图2示出了根据本发明实施例提供的解算测试质量的表面电荷波动的方法的流程。
如图2所示，本发明提供的解算测试质量的表面电荷波动的方法，具体包括如下步骤：
S1：通过直流电压电源分别向第一极板3、第二极板4、第三极板5和第四极板6对应施加第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值，使测试质量2发生偏转。
第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值的电压值可以相同或不同，但需保证第一电压值和第三电压值的极性相同，且与第二电压值与第四电压值的极性相反。
S2：在预设的时间范围内，以相同的时间间隔采集测试质量2的偏转角度，得到m组采集数据，每组采集数据包括采集时间、测试质量2当前的偏转角度。
S3：在m组采集数据中随机抽取两组采集数据作为第一时刻采集数据和第二时刻采集数据，根据第一时刻采集数据中的偏转角度和第二时刻采集数据中的偏转角度通过下式计算测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的偏转角度差：
其中，为扭秤装置的传递函数的振幅响应，/>为测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的静电合转矩差，CT为测试质量2的总电容，ε为真空介电常数，ε＝8.85×10-12F/m，b为位于同一侧的两个极板的中心之间的距离，S为测试质量2与各极板组成的电容器的有效面积，d0为测试质量2与各极板的间距，ΔQ为测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差，u1为第一电压值，-u2为第二电压值，u3为第三电压值，-u4为第四电压值。
式(1)的推导过程为：
A1：假设第一时刻的测试质量2的表面电势为uTM1，第二时刻的测试质量2的表面电势为uTM2，则测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的表面电势差：
其中，ΔQ为测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差。
A2：将式(2)代入下式，计算所述测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的静电合转矩差
其中，为所述测试质量2在第一时刻的静电合转矩，/>为所述测试质量2在第一时刻的静电合转矩。
A3：结合扭秤装置的传递函数的振幅响应，推导得出式(1)。
S4：根据式(1)解算测试质量2在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差ΔQ:
利用自准直仪采集测试质量2的偏转角度。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种解算测试质量的表面电荷波动的方法，用于解算不同时刻扭秤装置中测量质量的表面电荷差，所述扭秤装置包括悬丝、所述测量质量、第一极板、第二极板、第三极板和第四极板，所述悬丝的一端固定在安装平台上，所述悬丝的另一端悬挂有所述测试质量，将所述第一极板、所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板两两分为一组，均布在所述测试质量的两侧，所述第一极板与所述第三极板呈对角布置，且所述第一极板、所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板与所述测试质量的距离处处相同，所述第一极板、所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板均通过导线与直流电压电源相连，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1：通过所述直流电压电源分别向所述第一极板、所述第二极板、所述第三极板和所述第四极板对应施加第一电压值、第二电压值、第三电压值和第四电压值，使所述测试质量发生偏转；
S2：在预设的时间范围内，以相同的时间间隔采集所述测试质量的偏转角度，得到m组采集数据，每组采集数据包括采集时间、所述测试质量当前的偏转角度；
S3：在m组采集数据中随机抽取两组采集数据作为第一时刻采集数据和第二时刻采集数据，根据所述第一时刻采集数据中的偏转角度和所述第二时刻采集数据中的偏转角度/>通过下式计算所述测试质量在第一时刻和第二时刻之间的偏转角度差：
其中，为所述扭秤装置的传递函数的振幅响应，/>为所述测试质量在第一时刻和第二时刻之间的静电合转矩差，CT为所述测试质量的总电容，ε为真空介电常数，ε＝8.85×10-12f/m，b为位于同一侧的两个极板的中心之间的距离，S为所述测试质量与各极板组成的电容器的有效面积，d0为测试质量与各极板的间距，ΔQ为所述测试质量在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差，u1为第一电压值，-u2为第二电压值，u3为第三电压值，-u4为第四电压值；
S4：根据式(1)解算所述测试质量在第一时刻和第二时刻之间的表面电荷差ΔQ:
2.根据权利要求1所述的解算测试质量的表面电荷波动的方法，其特征在于，利用自准直仪采集所述测试质量的偏转角度。
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