旋转式重力梯度仪用加速度计动静态参数匹配与补偿方法

The performance matching of accelerometers is not only an important guarantee for improving the accuracy of rotating gravity gradiometer, but also one key problem in the research of rotating gravity gradiometer. Due to the high matching requirements, the matching method about the static performance of a single accelerometer cannot effectively solve the matching problem. Therefore, the research on accelerometers matching has important scientific significance. Aiming at accelerometers matching, this project will study from the following three aspects. (1) With the use of new torque converter based on the planar dual-coil and photolithography process, the mismatching caused by eccentric, bonding, and misalignment is reduced, and also the consistency of process parameters is improved. Adjusting the drive current to realize scale factor matching ensures the accuracy of it, and also suits online matching. (2) Based on the model identification of exact parameters of the accelerometers, the dynamic characteristics of the accelerometers tend to be equalized. In this way, the dynamic performance matching of the accelerometers is realized. (3) With the feedback reflecting the degree of matching, we studies the online matching and compensation methods.

加速度计性能参数匹配是提高旋转式重力梯度仪精度的重要保证，也是旋转式重力梯度仪研究的难题之一。由于匹配要求非常高，单一的加速度计静态性能匹配方法难以有效解决匹配问题。所以，加速度计性能参数匹配研究具有重要的科学意义。针对加速度计性能参数匹配，本课题将从三个方面展开研究：（1）研究基于平面双线圈结构的新型力矩器及标度因数匹配方法。通过光刻工艺，减小传统工艺中因偏心、粘接、不同轴等引起的不匹配，提高工艺参数的一致性。通过调节驱动电流实现标度因数匹配，既保证标度因数匹配的精度，也适于在线调节。（2）研究加速度计动态性能参数匹配方法。基于加速度计精确模型参数辨识，设计控制器，使加速度计动态特性趋于一致，实现加速度计动态性能参数匹配。（3）引入反映"匹配程度"的反馈量，研究旋转式重力梯度仪的在线匹配和补偿方法。

针对旋转重力梯度仪匹配要求，研究了一种平面双线圈结构的力矩器，可实现标度因数的动态调整。研究了一种基于静电力的加速度计力矩器测试方法，适合于小量程的加速度计测试，理论上可以满足10-6g的加速度计测试要求。研究了一种提高翻滚法测角精度的方法，可以满足亚ug的加速度计测试要求。研究了提高加速度计参数一致性和参数稳定性的方法。分析了石英挠性加速度计的装配精度要求，摆片与线圈之间的同轴度要求小于±20μm，对称性要求小于±0.2°。引入视觉测量技术，摆组件同轴度对准误差小于7μm，角度对准误差小于0.02°。设计了一种温度补偿环结构，对温度在20 ℃~60 ℃范围内变化时补偿环的尺寸进行了优化。在线圈最优工作位置以及补偿环适当尺寸下，工作气隙磁场的温度稳定性得到了很大提高。根据石英挠性加速度计的结构特征，引入压膜阻尼的分析方法。可以为石英挠性加速度计的阻尼分析与设计提供依据。探讨了旋转重力梯度仪加速度计信号滤波方法。