[發(fā)明專利]一種MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710295218.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN106940388A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李醒飛;吳騰飛;劉帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P21/02
• 分類號(hào): G01P21/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 劉子文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于噪聲電子學(xué)和微弱信號(hào)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代航天器的發(fā)展，尤其是以高分辨率對(duì)地觀測遙感衛(wèi)星、深空探測遙感航天器、深空激光通信衛(wèi)星為代表的高精度航天器，對(duì)微振動(dòng)擾動(dòng)效應(yīng)極為敏感，空間結(jié)構(gòu)的微振動(dòng)擾動(dòng)問題已成為限制高精度航天器姿態(tài)控制精度和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高的一個(gè)主要因素。

磁流體動(dòng)力學(xué)(Magnetohydrodynamics，MHD)角速度傳感器兼具低噪聲、寬頻帶、小型化、長壽命等特點(diǎn)，對(duì)加速度沖擊不敏感。相比于加速度計(jì)、陀螺儀、激光雷達(dá)及光通信終端等方法，MHD角速度傳感器是目前在軌測量航天器及有效載荷微角振動(dòng)信息的最直接、有效和可靠的儀器。

MHD角速度傳感器相比于陀螺等測量角速度的慣性敏感元件，其低頻特性較差，但具有良好的高頻特性，因此可以測量幾赫茲到一千赫茲的寬頻微角振動(dòng)信息。MHD角速度傳感器通常由敏感元件部分和前置放大電路部分組成。MHD角速度傳感器主要評(píng)估指標(biāo)是噪聲水平，分為靜態(tài)噪聲和動(dòng)態(tài)噪聲。MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲即其處于測量寬頻微角振動(dòng)工作狀態(tài)下的噪聲水平，在使用前需要對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測量標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有MHD角速度傳感器噪聲測量裝備和方法無法獨(dú)立評(píng)估MHD角速度傳感器敏感元件動(dòng)態(tài)噪聲的問題，無法分離MHD角速度傳感器敏感元件動(dòng)態(tài)噪聲與前置放大電路動(dòng)態(tài)噪聲的問題，以及動(dòng)態(tài)噪聲測量精度低、引入噪聲大的問題，提出了一種MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置及方法。該動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置及方法可以獨(dú)立測量MHD角速度傳感器敏感元件動(dòng)態(tài)噪聲，從MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲中準(zhǔn)確分離敏感元件的動(dòng)態(tài)噪聲和前置放大電路的動(dòng)態(tài)噪聲，并有效抑制測量過程中的耦合噪聲，優(yōu)化測量的噪聲系數(shù)，提高了噪聲的測量精度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置，由振動(dòng)發(fā)生模塊、阻抗匹配變壓器模塊、信號(hào)采集模塊、噪聲分析模塊和電源模塊組成，所述振動(dòng)發(fā)生模塊上安裝有MHD角速度傳感器，所述MHD角速度傳感器內(nèi)置有敏感元件和前置放大電路，所述振動(dòng)發(fā)生模塊提供微角振動(dòng)激勵(lì)，MHD角速度傳感器接收振動(dòng)發(fā)生模塊提供的微角振動(dòng)信息并輸出電壓信號(hào)，所述阻抗匹配變壓器模塊用于測量所述敏感元件的動(dòng)態(tài)噪聲，實(shí)現(xiàn)敏感元件與信號(hào)采集模塊之間的阻抗匹配，無附加噪聲地放大敏感元件輸出信號(hào)；所述信號(hào)采集模塊采集阻抗匹配變壓器模塊的輸出信號(hào)，所述噪聲分析模塊用于分離提取出噪聲成分；所述電源模塊提供工作電源電壓，防止外部噪聲由電源路徑傳導(dǎo)至噪聲分析模塊，確保噪聲測量的精度。

所述MHD角速度傳感器呈上下分布設(shè)置有兩個(gè)。

所述振動(dòng)發(fā)生模塊由工裝和高精度單軸轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，所述高精度單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與所述MHD角速度傳感器的敏感軸同軸。

所述阻抗匹配變壓器模塊由阻抗匹配變壓器和次級(jí)放大器構(gòu)成。

所述信號(hào)采集模塊由信號(hào)轉(zhuǎn)接板和信號(hào)采集卡構(gòu)成。

一種MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

(1)斷開MHD角速度傳感器的敏感元件與前置放大電路的電氣連接，使用阻抗匹配變壓器模塊采集MHD角速度傳感器敏感元件的輸出信號(hào)并進(jìn)行放大，阻抗匹配變壓器模塊輸出并傳輸信號(hào)至信號(hào)采集模塊的輸入端口，通過噪聲分析模塊解算出MHD角速度傳感器敏感元件的動(dòng)態(tài)噪聲水平；

(2)在相同的微角振動(dòng)條件下，將MHD角速度傳感器前置放大電路兩輸入端短接，信號(hào)采集模塊采集前置放大電路的輸出，由噪聲分析模塊提取動(dòng)態(tài)噪聲信息，實(shí)現(xiàn)MHD角速度傳感器前置放大電路動(dòng)態(tài)噪聲的測量；

(3)在相同的微角振動(dòng)條件下，恢復(fù)MHD角速度傳感器敏感元件與前置放大電路的電氣連接，使用信號(hào)采集模塊和噪聲分析模塊，實(shí)現(xiàn)MHD角速度傳感器動(dòng)態(tài)噪聲的測量；上述步驟中，阻抗匹配變壓器模塊和MHD角速度傳感器前置放大電路均采用電源模塊進(jìn)行供電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

1、本發(fā)明創(chuàng)造性地使用阻抗變壓器模塊實(shí)現(xiàn)了MHD角速度傳感器敏感元件動(dòng)態(tài)噪聲的測量，解決了現(xiàn)有技術(shù)由于MHD角速度傳感器敏感元件輸出信號(hào)幅值過小，提取模塊噪聲相比過大，而無法單獨(dú)提取MHD角速度傳感器敏感元件動(dòng)態(tài)噪聲信息的問題。