星载MHD传感器灵敏度特性误差分析与模型验证
发布时间：2021-03-10 18:38
磁流体动力学（magneto-hydro-dynamic,简称MHD）传感器是测量航天器平台宽频微角颤振的关键器件之一。鉴于MHD传感器的误差与噪声特性会影响星载惯性导航系统的精度与分辨率,对所设计的MHD传感器进行误差分析与试验验证。采用样机数据分析与组件物理建模相结合的方法,分析与验证MHD传感器灵敏度特性与误差模型。结果表明:传感器的误差主要受到重力方向与温度条件的影响,并且该项误差对无温控MHD传感器的误差起决定作用;当温度变化较小时,变压器磁芯磁导率的工艺误差占总误差的一半;差分放大器的噪声对传感器噪声具有显著影响。
【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２导电环形流体的边界条件Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｔｈｅａｎｎｕｌｕｓ
Ω３＝０Ｔ?Ω′２＝２９３＋Ｔ′０Ｔ?Ω″２＝２９３烅烄烆（７）其中：Ｔ′０为顶壁与底壁的温度差值；?Ω′２为液态金属的顶壁；?Ω″２为液态金属的底壁，且?Ω２＝?Ω′２＋?Ω″２。１．２试验测试与数据处理方法２个ＭＨＤ传感器背靠背安装在转台上，如图３所示。ＭＨＤ传感器原理样机的质量约为１ｋｇ，外形尺寸为?５０ｍｍ×７０ｍｍ。所采用模数转换器为１２比特，采样频率为２ｋＨｚ。图３ＭＨＤ传感器测试系统Ｆｉｇ．３ＴｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒＭＨＤｓｅｎｓｏｒｓ从噪声分析的角度看，每组输出数据可以分为相干信号与非相干信号，如图４所示。假设传感器随机噪声是各态历经、稳态随机的，则通过相干函数，可用２个输出电压数据（Ｖｘｘ（ｔ）和Ｖｙｙ（ｔ））提取６３１１振动、测试与诊断第４０卷
传感器噪声［１６］。图４输出数据的结构模型Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｄａｔａｓｅｔ２组数据的振幅平方相干（ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｑｕａｒｅｄｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，简称ＭＳＣ）［１７］可以表达为Ｃ２ｘｙ（ω）＝Ｐｘｙ（ω）２Ｐｘｘ（ω）Ｐｙｙ（ω）（８）其中：Ｐｘｘ和Ｐｙｙ为自噪声功率谱密度；Ｐｘｙ为互噪声功率谱密度。Ｗｅｌｃｈ法被用来求解ＭＨＤ传感器的ＭＳＣ估计。该方法是一个有偏估计，利用Ｍａｔｌａｂ信号处理工具箱而实现［１８］。２结果与讨论２．１基本模型２．１．１ＭＨＤ效应对于０．０１Ｈｚ～１０ｋＨｚ之间的输入信号，采用四参数最小二乘法进行拟合处理，输出电压的幅频特性曲线［１４］如图５所示。经计算发现，１Ｈｚ～１ｋＨｚ内的输出电压Ｕ与式（９）相符Ｕｐ＝?θ０ＲｍｅａｎＢ０Ｈ０（９）其中：?θ０为输入角速率；Ｒｍｅａｎ为环形流体的平均半径；Ｂ０为外加磁感应强度的实测值；Ｈ０为环形流体的高度。图５电压的幅频特性Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ２．１．２信号调理ＭＨＤ传感器调理电路由模拟电路和数字电路构成，如图６所示。模拟电路由内置变压器、差分放大器、放大器及低通滤波器等构成。图６ＭＨＤ传感器调理电路的结构Ｆｉｇ．６ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＨＤｓｅｎｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]MHD传感器敏感结构地面温度特性数值分析[J]. 周海佳,李得天. 西北工业大学学报. 2018(S1)
[2]磁流体动力学角速率传感技术发展现状[J]. 周海佳,李得天. 真空与低温. 2017(05)
[3]高精度航天器微振动力学环境分析[J]. 张振华,杨雷,庞世伟. 航天器环境工程. 2009(06)
本文编号：3075094
【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２导电环形流体的边界条件Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆｔｈｅａｎｎｕｌｕｓ
Ω３＝０Ｔ?Ω′２＝２９３＋Ｔ′０Ｔ?Ω″２＝２９３烅烄烆（７）其中：Ｔ′０为顶壁与底壁的温度差值；?Ω′２为液态金属的顶壁；?Ω″２为液态金属的底壁，且?Ω２＝?Ω′２＋?Ω″２。１．２试验测试与数据处理方法２个ＭＨＤ传感器背靠背安装在转台上，如图３所示。ＭＨＤ传感器原理样机的质量约为１ｋｇ，外形尺寸为?５０ｍｍ×７０ｍｍ。所采用模数转换器为１２比特，采样频率为２ｋＨｚ。图３ＭＨＤ传感器测试系统Ｆｉｇ．３ＴｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒＭＨＤｓｅｎｓｏｒｓ从噪声分析的角度看，每组输出数据可以分为相干信号与非相干信号，如图４所示。假设传感器随机噪声是各态历经、稳态随机的，则通过相干函数，可用２个输出电压数据（Ｖｘｘ（ｔ）和Ｖｙｙ（ｔ））提取６３１１振动、测试与诊断第４０卷
传感器噪声［１６］。图４输出数据的结构模型Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｄａｔａｓｅｔ２组数据的振幅平方相干（ｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｑｕａｒｅｄｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，简称ＭＳＣ）［１７］可以表达为Ｃ２ｘｙ（ω）＝Ｐｘｙ（ω）２Ｐｘｘ（ω）Ｐｙｙ（ω）（８）其中：Ｐｘｘ和Ｐｙｙ为自噪声功率谱密度；Ｐｘｙ为互噪声功率谱密度。Ｗｅｌｃｈ法被用来求解ＭＨＤ传感器的ＭＳＣ估计。该方法是一个有偏估计，利用Ｍａｔｌａｂ信号处理工具箱而实现［１８］。２结果与讨论２．１基本模型２．１．１ＭＨＤ效应对于０．０１Ｈｚ～１０ｋＨｚ之间的输入信号，采用四参数最小二乘法进行拟合处理，输出电压的幅频特性曲线［１４］如图５所示。经计算发现，１Ｈｚ～１ｋＨｚ内的输出电压Ｕ与式（９）相符Ｕｐ＝?θ０ＲｍｅａｎＢ０Ｈ０（９）其中：?θ０为输入角速率；Ｒｍｅａｎ为环形流体的平均半径；Ｂ０为外加磁感应强度的实测值；Ｈ０为环形流体的高度。图５电压的幅频特性Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｓｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ２．１．２信号调理ＭＨＤ传感器调理电路由模拟电路和数字电路构成，如图６所示。模拟电路由内置变压器、差分放大器、放大器及低通滤波器等构成。图６ＭＨＤ传感器调理电路的结构Ｆｉｇ．６ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＨＤｓｅｎｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]MHD传感器敏感结构地面温度特性数值分析[J]. 周海佳,李得天. 西北工业大学学报. 2018(S1)
[2]磁流体动力学角速率传感技术发展现状[J]. 周海佳,李得天. 真空与低温. 2017(05)
[3]高精度航天器微振动力学环境分析[J]. 张振华,杨雷,庞世伟. 航天器环境工程. 2009(06)
本文编号：3075094
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3075094.html
