适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路制造技术

本发明专利技术提供一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，该电路包括反相电路、上极板高压驱动电路、下极板高压驱动电路及高压电源，其中PID控制器输出的控制电压信号作为反相电路的输入，反相电路的输出和控制偏置信号作为下极板高压驱动电路的输入信号，控制电压信号和控制偏置信号作为上极板高压驱动电路的输入信号；发明专利技术通过对控制电压信号进行偏置分别得到上、下电极的高压控制信号，由高压控制信号控制高压驱动三极管的基极电流，从而控制流过三极管集电极电流，并经分压电阻对高压电源进行分压，给高精度静电悬浮加速度计传感器对应的上、下电极分别施加适当的电压，提供足够大的电力实现加速度计检验质量块的悬浮实验。

【技术实现步骤摘要】
适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路
本专利技术涉及一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，属于测量

技术介绍
高精度静电悬浮加速度计是一种电容式差分测量惯性加速度传感器，具有测量频率低、量程小、分辨率高、动态范围大的特点，特别适合测量准稳态、微小加速度信号，在空间微重力科学实验、卫星无拖曳控制、主动减振、卫星重力测量等领域具有重要作用。静电悬浮加速度计的系统组成与测量原理如图1所示，主要包括惯性传感器探头(主要由检验质量块与环绕其周围的电极组成，检验质量块作为公共电极)、电容位移检测电路、解调电路、滤波电路、PID控制器和静电驱动电路。静电悬浮加速度计的基本测量原理是：电容位移检测电路检测由于输入加速度引起的对应传感器轴向上检验质量块与周围电极形成的差分电容信号，PID控制器输出一个与输入加速度信号成正比的电压信号，由静电驱动电路给对应电极施加伺服反馈电压控制信号，通过电极板与检验质量块之间形成的电势差给检验质量块施加适当的静电力使其保持在传感器结构中心附近，反馈控制电压的大小可以量度输入加速度的大小。在地面对静电悬浮加速度计进行全面的功能验证和性能标定是保证加速度计在轨正常工作与可靠性的前提条件，而如何保证静电悬浮加速度计在一个地球重力加速度存在的情况下实现自由悬浮则是地面实验的基础。国内外同行先后提出了高压静电悬浮和扭丝悬吊两种实验方案来抵消地球重力加速度的影响，并在基础上开展静电悬浮加速度计的地面实验测试。(DrLiorzou,RatanaChhun,DrBernardFoulon,GROUNDBASEDTESTSOFULTRASENSITIVEACCELEROMETERSFORSPACEMISSION,IAC-09.A2.4.3.ZBZhou,SWGaoandJLuo,TorsionpendulumfortheperformancetestoftheinertialsensorforASTROD-I,CLASSICALANDQUANTUMGRAVITY,22(2005)S537–S542)。扭丝悬吊方式虽然解决了检验质量块克服重力影响的自由测试问题，但是测试仅限于沿悬吊轴的转动自由度测试，并且悬吊系统本身是一个稳定系统，对周围振动不敏感，因此悬吊系统对于静电悬浮加速度计的功能与性能验证能力不足。高压静电悬浮技术则不仅可以实现静电悬浮加速度计在地面六个自由度(三个线性加速度和三个角加速度)的悬浮实验测试，而且可以完全表征静电悬浮加速度计的在轨特征，对环境振动噪声敏感，是地面验证静电悬浮加速度计性能的重要手段。虽然在研制静电悬浮加速度计方面技术最为成熟的法国航空航天研究署(ONERA)一直在开展在地面利用高压静电悬浮技术对静电悬浮加速度计进行实验测试与性能标定工作，但是关于详细的高压静电悬浮技术则从未提及。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺陷，为解决如何在地面对静电悬浮加速度计进行全面的功能验证和性能标定的问题，提出一种适用静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路。实现本专利技术的技术方案如下：一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，该电路的输入端与静电悬浮加速度计检测电路的的PID控制器输出相连，输出端分别与静电悬浮加速度计中的上、下电极板分别相连；该电路包括反相电路、上电极板高压驱动电路、下电极板高压驱动电路及高压电源，其中PID控制器输出的控制电压信号作为反相电路的输入，反相电路的输出和PID控制器控制偏置信号作为下电极板高压驱动电路的输入信号，PID控制器输出的控制电压信号和控制偏置信号作为上电极板高压驱动电路的输入信号；所述上电极板高压驱动电路和下电极板高压驱动电路相同，均包括加法电路、限流电阻、二极管、高压驱动三极管、分压电阻和共振隔离电路；其中加法电路的两个输入端与输入信号相连，加法电路的输出端通过限流电阻后连接二极管的阳极，二极管的阴极与高压驱动三极管的基极相连，高压驱动三极管的发射极接地，高压电源通过分压电阻与高压驱动三极管的集电极连接，高压驱动三极管的集电极进一步与共振隔离电路的输入端相连，共振隔离电路输出端与上、下电极板相连。有益效果本专利技术通过对来自控制器的电压控制信号进行偏置分别得到上、下电极的高压控制信号，由高压控制信号控制高压驱动三极管的基极电流，从而控制流过三极管集电极电流，并经分压电阻对高压电源进行分压，给高精度静电悬浮加速度计传感器对应的上、下电极分别施加适当的电压，提供足够大的静电力实现加速度计检验质量块的悬浮实验。本专利技术可以提供足够大的静电力克服重力加速度影响，实现高精度静电悬浮加速度计检验质量块在地面环境下的三轴静电悬浮实验，真实模拟静电悬浮加速度计的在轨状态，并实现对加速度计两个水平轴的功能和性能测试，可以为静电悬浮加速度计的在轨正常工作及性能与可靠性提供重要保障。附图说明图1是静电悬浮加速度计的测量原理框图；图2是静电悬浮加速度计针对地面垂直方向的检测控制框图；图3是本专利技术针对静电悬浮加速度计地面实验测试的高压静电悬浮电路示意图；其中，1-控制电压信号，2-反相电路，3-控制偏置信号，4、5-加法电路，6、7限流电阻，8、9二极管，10、11-高压驱动三极管、12、13-分压电阻、14-高压电源、15、16-共振隔离电路、17、18-输出悬浮高压信号。反相电路(2)形成模块I，加法电路(4)、限流电阻(7)、二极管(9)、高压驱动三极管(11)、分压电阻(13)、共振隔离电路(15)、悬浮高压(17)形成上电极板高压驱动电路模块Ⅱ，加法电路(5)、限流电阻(6)、二极管(8)、高压驱动三极管(10)、分压电阻(12)、共振隔离电路(16)、悬浮高压(18)形成下电极板高压驱动电路模块Ⅲ，高压电源作为模块Ⅳ。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，如图2所示，该电路的输入端与静电悬浮加速度计中的PID控制器输出端相连，输出端分别与静电悬浮加速度计中的上电极板和下电极板分别相连；如图3所示，该电路包括反相电路(Ⅰ)、上电极板高压驱动电路模块(Ⅱ)、下电极板高压驱动电路模块(Ⅲ)及高压电源(Ⅳ)，其中PID控制器输出的控制电压信号作为反相电路的输入，反相电路的输出和控制偏置信号作为下电极板高压驱动电路的输入信号，PID控制器的输出控制电压信号和控制偏置信号作为上电极板高压驱动电路的输入信号；所述上电极板高压驱动电路和下电极板高压驱动电路相同，上电极板高压驱动电路包括加法电路4、限流电阻7、二极管9、高压驱动三极管11、分压电阻13和共振隔离电路15；其中加法电路4的两个输入端分别与PID控制器输出控制电压信号和控制偏置信号相连，加法电路4的输出端通过限流电阻7后连接二极管9的阳极，二极管9的阴极与高压驱动三极管11的基极相连，高压驱动三极管11的发射极接地，高压电源14通过分压电阻13与高压驱动三极管11的集电极连接，高压驱动三极管11的集电极进一步与共振隔离电路15的输入端相连，共振隔离电路15输出端与上电极板相连。所述下极板高压驱动电路包括加法电路5、限流电阻6、二极管8、高压驱动三极管10、分压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，该电路的输入端与静电悬浮加速度计中的PID控制器的输出端相连，该电路的输出端与静电悬浮加速度计中的上电极板和下电极板分别相连；其特征在于，该电路包括反相电路(Ⅰ)、上电极板高压驱动电路(Ⅱ)、下电极板高压驱动电路(Ⅲ)及高压电源(Ⅳ)，其中PID控制器输出的控制电压信号作为反相电路(Ⅰ)的输入，反相电路(Ⅰ)的输出和PID控制器输出的控制偏置信号作为下电极板高压驱动电路的输入信号，控制电压信号和控制偏置信号作为上电极板高压驱动电路的输入信号；所述上电极板高压驱动电路和下电极板高压驱动电路相同，均包括加法电路(4，5)、限流电阻(6，7)、二极管(8，9)、高压驱动三极管(10，11)、分压电阻(12，13)和共振隔离电路(15，16)；其中加法电路(4，5)的两个输入端与输入信号相连，加法电路(4，5)的输出端通过限流电阻(6，7)后连接二极管(8，9)的阳极端，二极管(8，9)的阴极端与高压驱动三极管(10，11)的基极相连，高压驱动三极管(10，11)的发射极接地，高压电源(14)通过分压电阻(12，13)与高压驱动三极管(10，11)的集电极连接，高压驱动三极管(10，11)的集电极进一步与共振隔离电路(15，16)的输入端相连，共振隔离电路(15，16)输出端与上、下电极板相连。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于静电悬浮加速度计地面测试的高压静电悬浮电路，该电路的输入端与静电悬浮加速度计中的PID控制器的输出端相连，该电路的输出端与静电悬浮加速度计中的上电极板和下电极板分别相连；其特征在于，该电路包括反相电路(Ⅰ)、上电极板高压驱动电路(Ⅱ)、下电极板高压驱动电路(Ⅲ)及高压电源(Ⅳ)，其中PID控制器输出的控制电压信号作为反相电路(Ⅰ)的输入，反相电路(Ⅰ)的输出和PID控制器输出的控制偏置信号作为下电极板高压驱动电路的输入信号，控制电压信号和控制偏置信号作为上电极板高压驱动电路的输入信号；所述上电极板高压驱动电路和下电极板高压驱动电路相同，均包括加法电路(4，5)、限流电阻(6，7)、二极管(8，9)、高压驱动三极管(10，11)、分压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光锋，王佐磊，雷军刚，银东东，霍红庆，薛大同，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62