[發明專利]高精度靜磁懸浮加速度計

有效

• 申請號: 201610090218.X
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105675920B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 楊先衛;潘禮慶;趙華;邵明學;丁紅勝;鄭勝;張超;羅志會;譚超;許云麗;許文年;李建林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01P15/105
• 分類號: G01P15/105
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李娜

1.一種高精度靜磁懸浮加速度計，用于測量飛行器的線性加速度，其特征在于：包括真空磁屏蔽腔系統(7)、磁場位移傳感系統、靜磁懸浮控制系統和檢驗磁體(10)，真空磁屏蔽腔系統包括腔室，所述腔室內為真空狀態；所述磁場位移傳感系統包括若干個高精度磁傳感器(8)，所述磁傳感器位于所述腔室的不同位置，用于通過磁信號的探測，實現對檢驗磁體(10)的空間位置和姿態的實時定位；所述靜磁懸浮控制系統包括若干組位置控制線圈和若干組姿態控制線圈，所述位置控制線圈對稱的設置于所述腔室的左、右側壁上，所述姿態控制線圈對稱的設置于所述腔室的上、下、前、后側壁上，所述靜磁懸浮控制系統通過位置控制線圈和姿態控制線圈接收磁場位移傳感系統的反饋，實時控制檢驗磁體(10)的位置和姿態，使其恒定懸浮于腔室的中心位置，所述腔室的中心位置與飛行器的質心位置相重合。

2.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：在檢驗磁體(10)平動和轉動的控制中，位置控制線圈對檢驗磁體(10)產生的電磁力抵消掉飛行器受到非保守力所產生的加速度，維持檢驗磁體(10)的質心與飛行器的質心始終重合，此時，電磁力矢量F與加速度矢量a之間的關系為F＝ma，其中m為檢驗磁體的質量，而電磁力的大小正比于位置控制線圈產生的磁場大小，位置控制線圈磁場大小正比于電流大小，通過位置控制線圈施加的電流即可對飛行器的加速度進行精確測量。

3.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：磁傳感器所測量到的磁場大小與檢驗磁體的位置、姿態有關，將磁傳感器對應的坐標系設為空間全局坐標系，設檢驗磁體(10)中心的坐標為(x₀,y₀,z₀)，探測點的坐標為(x,y,z)，檢驗磁體到探測點的空間距離為r，當檢驗磁體(10)到探測點的距離遠大于檢驗磁體的尺寸時，可將檢驗磁體近似為磁偶極子，設檢驗磁體等效磁矩矢量為在空間坐標系下的方位角和仰角分別為α和β，根據探測點磁場分量求解公式有：

式中M是等效磁矩矢量的大小；

假設已知n個探測點處的磁感應強度分量，即可構成一個由3n個非線性方程式組成的非線性方程組，該方程組有6個未知參數即x₀，y₀，z₀，α，β和M，當n>2時，此方程組超定，使用非線性最優化方法來求解，通過計算機程序設計求得6個未知量，確定任一時間檢驗磁體的空間位置和空間姿態。

4.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：所述靜磁懸浮控制系統包括四組位置控制線圈(1，1’；2，2’；3，3’；4’，4)和兩組姿態控制線圈(5，5’；6，6’)，通過在四組位置控制線圈(1，1’；2，2’；3，3’；4’，4)上施加不同方向及大小的電流，使檢驗磁體始終控制在腔室的中心；兩組姿態控制線圈(5，5’；6，6’)用于實現對檢驗磁體的姿態控制，將檢驗磁體的磁矩方向始終控制在x方向。

5.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：所述檢驗磁體(10)為橢圓形、圓柱形或球形。

6.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：所述檢驗磁體(10)選用永磁體材料制作。

7.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：所述檢驗磁體(10)的外側包裹有非磁性材料。

8.如權利要求1所述的高精度靜磁懸浮加速度計，其特征在于：所述磁場位移傳感系統包括八個高精度磁傳感器(8)，分別位于所述腔室的八個角上。