摘要：设计了一种基于静电悬浮原理的微机械加速度计。它采用三明治结构的微敏感元件,电容式位移检测方案及静电力悬浮控制方案。着重对敏感元件的主要结构设计、参数的选取、支承静电力的计算以及量程极限、精度极限等问题进行了分析,表明在目前技术条件下,可以实现量程约5g,精度为10-5g的悬浮微加速度计。设计并加工出一种圆环形结构的敏感元件,已实现了Z轴方向的静电悬浮及加速度测量,证明设计方案是可行的,进一步研究可实现三轴悬浮加速度计。

摘要：静电悬浮微陀螺需要一套支承系统将高速旋转的环形转子稳定地悬浮在电极环腔中心。在推导被控对象静电力模型的基础上,构建了静电悬浮系统的5轴闭环控制模型,利用该模型分析了悬浮微陀螺的加速度/角速率测量原理,设计了基于数字控制的支承线路。依据敏感表头的结构参数确定了支承线路的电参数,结合悬浮系统性能指标,通过反复仿真来设计控制器参数,分析了悬浮系统的闭环动态特性、刚度特性和抗过载能力。对数字控制器的扫频结果表明:考虑采样频率引起的相位滞后,在剪切频率附近相位误差不超过15°。

摘要：目前,加速度计在惯性导航、大地勘探等领域都已得到了广泛的应用。在深空探测的大背景下,用于测量重力梯度的加速度计必须具有更小量程和更高的分辨率。静电悬浮式电容差分加速度计是可选方案之一。此类加速度计的工作原理与经典的弹簧振子系统相似。研究与检测质量块、伺服控制的静电反馈力和空气阻尼相关的各个参数对系统指标的影响将有助于此类加速度计的设计。首先介绍电容差分式加速度计的结构设计和工作原理,并从理论上比较此类加速度计与经典弹簧振子系统的异同。在此基础上以弹簧振子系统为原型,建立此类加速度计的动力学模型,并以这个动力学模型为对象分析此类加速度计系统的动力学特征,包括其动力学方程、固有频率、阻尼频率、脉冲响应和阶跃响应等。同时分析加速度计机构参数和伺服控制电路参数对系统动力学特征的影响。由于此类加速度计是用于测量空间重力梯度这类慢变信号的,因此还重点分析在低频信号输入时的系统响应特征。

摘要：电容式检驱一体化电路是静电悬浮式天基超静平台的关键技术之一,为实现对大型载荷平台的宽频微振动控制,要求电容式检驱一体化电路具有兼容高频高压反馈驱动的特性。以星载静电悬浮加速度计中的电容式检驱一体化电路为基础,详细推导了检测与驱动对电路输出的传递特性,并基于传递特性的理论分析分别从频域和时域提出两种解耦降噪的设计方法,有效抑制了驱动信号的线性/非线性耦合干扰。实验结果表明,所提方法可使主频为1 kHz、幅值为1 kV的驱动造成的耦合影响低于76.3μV。

摘要：本文首先介绍静电悬浮加速度计在国内外的发展现状以及在空间技术中的应用,然后介绍静电悬浮加速度计的基本工作原理。针对测量微弱差动电容ΔC的检测线路进行设计,建立了用于调制ΔC的变压器电流电桥的等效电路模型,导出了用于调制信号放大的宽带放大电路的放大倍数KAC,分析了采用2路TTL同步方波信号控制4路单刀单掷模拟开关的解调电路工作过程,估算了滤波电路的截止频率f-3dB,使得解调信号在工作频带fs内基本保持0 dB增益,在高于载波频率f0上获得较大的衰减。实验结果表明,该检测线路实际灵敏度为0.601 mV/fF,考虑线路固有噪声和寄生电容的影响,最小分辨率达到1.06 fF。

摘要：信号发生电路是静电悬浮转子微陀螺系统的重要组成部分。介绍了DDS信号发生电路的原理及基本构成和微陀螺信号电容检测的要求、特点以及主要技术指标,并根据具体带宽、中心频率的要求,设计了具有不同参数的有源滤波电路。通过电路模拟仿真实验表明了该电路的可行性之后,在具体实验的操作过程中,成功滤去了DDS信号发生电路所产生的低频直流偏置和高频噪声,从而提高了电路的整体信噪比和控制精度,并为后续静电悬浮转子微陀螺检测控制电路提供了较为理想的信号源。

摘要：文章给出一种静电悬浮控制系统设计方案。此方案基于静电悬浮基本原理,结合最新的虚拟仪器编程软件LabVIEW8.20和PID控制,可以实现物体的静电悬浮,并完成对悬浮物体的控制。模拟结果表明,依照此方案设计的静电悬浮系统能够使质量为0.037 g的铜球、铝球和玻璃球在30 s内达到稳定悬浮,当悬浮样品受到脉冲扰动时能在短时间内使其回复到稳定悬浮状态。

摘要：从静电悬浮式加速度传感器的工作原理出发 ,针对航天器上的微重力水平 ,初步设计了高灵敏静电悬浮式加速度传感器 ,其测量量程设计为 30 μgn,分辨力为 1ngn,并对其误差来源及减少误差的措施进行了分析。

摘要：针对工作于高真空密封腔中的静电悬浮MEMS陀螺微转子,为建立其旋转动力学模型,实现高精度恒速旋转控制,需要得到高努森数条件下的空气阻尼力矩特性。结合复杂结构的轮状扁平微转子,根据分子动理论和Christian模型,推导出压膜阻尼力矩特性;根据稀薄气体动力学,在考虑腔室内壁和转子表面具有不同切向动量适应系数的条件下,推导出滑膜阻尼力矩解析公式。以根据腔内空气流动特征进行的分区直接蒙特卡罗模拟(DSMC)结果为参考,总阻尼力矩系数的解析误差约为16%,表明解析模型具有较好的精度,对于高努森数条件下类似微器件的建模和系统设计具有较高的实用价值。

摘要：基于静电悬浮的双级无拖曳天基超静平台是一种新型的隔振减振平台,但由于静电负刚度的耦合效应,会残留微振动传递路径,从而难以达到理想的隔振效果。首先,建立了基于静电悬浮的双级无拖曳天基超静平台的系统模型,分析了静电负刚度的产生机制。然后,提出基于反馈电压反函数调制、非对称调制的两种绝对零刚度构造方法,并将其与基于刚度并联的准零刚度构造方法进行了比较。接着,给出了基于反馈电压调制的绝对零刚度隔振控制与主动减振控制的一体化兼容设计流程。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对所提方法进行了隔振性能和鲁棒性方面的仿真实验。实验结果表明,基于反馈电压调制的绝对零刚度隔振方法能完全隔绝卫星微振动对载荷平台的扰动;在系统参数误差达10%的条件下,所提方法仍可获得比无刚度补偿系统优1～2个量级的隔振性能。