旋转式重力梯度测量系统热分析

发布时间：2017-10-25 11:10

  本文关键词：旋转式重力梯度测量系统热分析

  更多相关文章： 重力梯度测量 热分析 石英挠性加速度计 有限元模型 温度试验

【摘要】：旋转式重力梯度仪测量重力位的二阶导数,对重力场的短波分量更加敏感,在重力测量、重力辅助导航、资源勘探、国土资源调查等方面有重要作用。加速度计的安装误差、加速度计的精度、环境温度、稳定平台性能都是制约重力梯度测量系统精度的因素。本文通过对旋转式重力梯度测量系统进行热分析,研究温度对系统的影响。首先,建立重力梯度测量系统的三维模型,并根据模型进行整体热分析,分析结果表明重力梯度测量单元受温度影响最大,因而选取重力梯度测量单元进行热分析。加速度计是重力梯度测量单元的核心元件,其精度决定了梯度测量单元的精度。加速度计的零位、标度系数受温度影响较大,从理论上推导出加速度计的温度系数对重力梯度测量系统的影响式,并获得加速度计温度系数与转盘转速不稳定性交叉耦合项对系统的影响式。其次,设计重力梯度测量单元的保温罩,对单元进行三级温度控制热仿真分析,三级温控措施可以使加速度计摆片的温度梯度控制在0.001℃左右。并对单元进行热应力分析,结果表明热变形对加速度计安装误差的影响可以忽略不计。最后,设计了挠性加速度计测温试验,并根据试验结构,优化了温度模型。根据试验结果与仿真结果的比较分析,测温点处温度差为0.1℃左右,通过对仿真结果进行修正,温度差降为-0.014℃,提高了仿真结果的准确性。同时对微弱信号检测电路进行了温度试验,得到电路的温度特性曲线,为电路温度补偿提供了理论基础。
【关键词】：重力梯度测量 热分析 石英挠性加速度计 有限元模型 温度试验
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH82
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 1 绪论6-16
• 1.1 课题研究的背景和意义6-7
• 1.1.1 课题来源6
• 1.1.2 课题研究的目的6
• 1.1.3 课题研究的意义6-7
• 1.2 重力梯度仪国内外研究现状及发展趋势7-12
• 1.2.1 国外重力梯度仪研究现状及发展趋势7-10
• 1.2.2 国内重力梯度仪研究现状及发展趋势10-12
• 1.3 国内外热分析研究现状12-14
• 1.3.1 惯性平台热分析现状12-13
• 1.3.2 重力测量系统热分析现状13
• 1.3.3 石英挠性加速度计热分析现状13-14
• 1.3.4 热分析方法的现状14
• 1.4 本文的主要内容及章节安排14-16
• 2 旋转式重力梯度仪工作原理及热分析基础16-27
• 2.1 旋转式重力梯度仪工作原理16-22
• 2.1.1 旋转式重力梯度仪测量原理16-18
• 2.1.2 惯性稳定平台工作原理18-20
• 2.1.3 石英挠性加速度计工作原理20-22
• 2.2 传热学基础理论22-25
• 2.2.1 热传导22-23
• 2.2.2 热对流23
• 2.2.3 热辐射23-24
• 2.2.4 热分析模型24-25
• 2.3 有限元方法理论25-26
• 2.3.1 有限元方法基础理论25
• 2.3.2 有限元软件介绍25
• 2.3.3 其它数值方法介绍25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 旋转式重力梯度测量系统模型的建立27-42
• 3.1 旋转式重力梯度仪三维模型的建立27-33
• 3.1.1 惯性稳定平台三维模型设计27-28
• 3.1.2 惯性稳定平台框架模态分析28-30
• 3.1.3 惯性稳定平台框架静力学分析30-33
• 3.1.4 重力梯度测量系统整体热分析33
• 3.2 温度对石英挠性加速度计的影响分析33-37
• 3.2.1 石英挠性加速度计的零位受温度的影响33-34
• 3.2.2 石英挠性加速度计的标度系数受温度的影响34-35
• 3.2.3 差动电容传感器受温度的影响35-37
• 3.3 温度对重力梯度测量系统的影响分析37-40
• 3.3.1 加速度计温度系数对重力梯度测量系统的影响37-38
• 3.3.2 加速度计温度系数与转速不稳定耦合项对重力梯度测量系统的影响38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 重力梯度测量单元的热分析与热设计42-77
• 4.1 保温罩的热设计42-51
• 4.1.1 保温罩理论模型的建立42-43
• 4.1.2 保温罩热分析模型的建立43-47
• 4.1.3 保温罩的热仿真分析47-51
• 4.2 加速度计安装外壳的热分析51-58
• 4.2.1 安装外壳的理论分析52-53
• 4.2.2 安装外壳的稳态热分析53-56
• 4.2.3 安装外壳的瞬态热分析56-58
• 4.3 加速度计的热分析58-69
• 4.3.1 加速度计的稳态热分析60-63
• 4.3.2 方案二瞬态热分析63-66
• 4.3.3 方案二热应力分析66-69
• 4.4 温控方案的优化设计69-76
• 4.4.1 方案三—优化结构二级温控69-72
• 4.4.2 方案四—优化结构三级温控72-75
• 4.4.3 四种方案对比分析75-76
• 4.5 本章小结76-77
• 5 温度试验及数据处理77-100
• 5.1 石英挠性加速度计热仿真与温度试验77-92
• 5.1.1 对流传热系数理论计算77-79
• 5.1.2 室温试验79-80
• 5.1.3 热仿真分析80-84
• 5.1.4 温度试验84-88
• 5.1.5 试验数据处理88-92
• 5.1.6 试验总结92
• 5.2 微弱信号检测电路的温度特性试验92-99
• 5.2.1 试验流程92-93
• 5.2.2 零位与标度系数试验93-94
• 5.2.3 温度试验结果94-96
• 5.2.4 温度试验数据处理96-98
• 5.2.5 试验总结98-99
• 5.3 本章小结99-100
• 结论100-102
• 参考文献102-104
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况104-105
• 致谢105-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭纬川;马杰;楚贤;李东明;;重力仪散热装置的热仿真分析[J];导航定位与授时;2015年02期

2 周亚东;雷宏杰;董萼良;吴邵庆;韩晓林;费庆国;;惯性导航平台橡胶减振器斜角布置方法[J];振动.测试与诊断;2014年03期

3 袁园;黄大年;余青露;耿美霞;;全张量重力梯度数据误差分析及补偿[J];吉林大学学报(地球科学版);2014年03期

4 闫光亚;张学梅;翟庆辉;胡光龙;;惯性平台全数字温控系统设计与实现[J];导航与控制;2014年02期

5 李纪莲;张s，

本文编号：1093438