MHD微角振动传感器动态校准系统的研究

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在轨卫星的微角振动会对卫星平台与遥感系统等有效载荷高精度姿态指向造成严重影响,需要进行有效的测量和控制。磁流体动力学(MHD)微角振动传感器具有高带宽、低噪声和小体积等诸多性能优势,是一种空间应用的新型有效载荷微角振动测量元件,可用于测量具有微幅、宽频特点的卫星微角振动。MHD微角振动传感器的复灵敏度是衡量其动态性能的重要指标,为保证该传感器测量角振动信息的准确性,本文提出了一种基于激光干涉仪的绝对式动态校准方法,进行了如下研究:
  1.根据MHD微角振动传感器的微幅、宽频等特点和校准系统的小体积、高校准效率等需求,选取了具有高精度和宽频测量能力的绝对式校准方法。方法将零差式激光干涉仪与角度后向反射镜相结合,选择单频正弦角振动激励,并通过正弦逼近法完成动态校准,使用的双光束测量结构可以提升激光干涉的测量分辨力。
  2.分析了MHD微角振动传感器动态校准系统的原理误差,设计了总体方案及关键要素。为确保宽频角振动激励的准确性,避免整体结构谐振,设计了两种实验夹具并进行了结构的应力仿真。搭建了校准系统并编制了自动校准测试软件,有效提高了传感器的动态校准效率。
  3.完成了MHD微角振动传感器灵敏度幅值和相移的动态校准实验,结果表明搭建的激光干涉校准装置能够在小角度振动下和宽频率范围内对MHD微角振动传感器的复灵敏度实现校准。激光干涉动态校准装置可校准的角振动频率范围为25~1000Hz,可校准的角速度幅值为0.060~7590mrad/s,在25~500Hz频率范围达到幅值和相移的扩展不确定度分别为0.48%和1.48°,在500~1000Hz频率范围达到幅值和相移的扩展不确定度分别为2%和5.43°(k=2)。
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