CN113447180B - 一种基于差分电容的扭摆测试装置、扭摆解耦读取方法 - Google Patents

一种基于差分电容的扭摆测试装置、扭摆解耦读取方法 Download PDF

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CN113447180B CN202110506391.4A CN202110506391A CN113447180B CN 113447180 B CN113447180 B CN 113447180B CN 202110506391 A CN202110506391 A CN 202110506391A CN 113447180 B CN113447180 B CN 113447180B
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Abstract

本发明为克服悬挂式扭摆结构在测试中产生的平动位移信号和扭转位移信号的耦合影响测试精度的缺陷，提出一种基于差分电容的扭摆测试装置，以及一种基于差分电容的扭摆解耦读取方法，其中，当外界力信号作用到扭摆结构时，通过对第一位移检测单元、第二位移检测单元加入差分载波，进一步调节载波正负，第一位移检测单元、第二位移检测单元分别产生第一位移信号S1和第二位移信号S2；将所述第一位移信号S1和第二位移信号S2进行处理，将所述扭摆结构产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到经过噪声抑制的转动位移信号和/或平动位移信号，能够有效提高扭摆测试精度。

Description

一种基于差分电容的扭摆测试装置、扭摆解耦读取方法
技术领域
本发明涉及扭摆测试技术领域，更具体地，涉及一种基于差分电容的扭摆测试装置、扭摆解耦读取方法。
背景技术
随着人类空间科学活动的不断增多，宇宙空间中的飞行器越来越多，结构越来越复杂，对飞行器性能的要求越来越高。作为为空间飞行器提供动力的推进器，高精密的空间科学实验对其提出了“提供分辨率达到微牛顿量级推力”的要求。高精度的推力测量装置用于对微推进器的性能进行地面测试和评估，包括对推进器产生微推力的分辨率、推力范围和微推力动态性能等进行精确测量，以更大程度地保证空间实验的成功率和准确性。因此，精密微推力测量装置在微推进器的研发过程中扮演了至关重要的作用。
基于精密扭秤研制的扭丝悬挂扭摆测试装置，能够对微小弱力(力矩)进行精确测量，在静态引力实验、地球物理勘探等高精密领域得到了广泛的应用。如公开号为CN107091705A(公开日2017-08-25)提出的一种微推力测量方法及装置。然而，悬挂式扭摆结构在测试中伴随有平动位移信号，且同时成为待测量被扭摆测试装置检测到，这将会加大扭摆测试装置的测试噪声，降低测试信噪比，最终将影响到测试精度。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的悬挂式扭摆结构在测试中产生的平动位移信号和扭转位移信号的耦合影响测试精度的缺陷，提供一种基于差分电容的扭摆测试装置，以及一种基于差分电容的扭摆解耦读取方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于差分电容的扭摆测试装置，包括：
扭摆结构，用于接收外置推进器产生的微推力；
第一位移检测单元，用于检测所述扭摆结构的第一位移信号S1；所述第一位移检测单元设置在所述扭摆结构的一端，包括第一电容极板和第二电容极板，所述第一电容极板、第二电容极板分别设置在所述扭摆结构一端的上下两侧且与所述扭摆结构有一定间距；
第二位移检测单元，用于检测所述扭摆结构1的第二位移信号S2；所述第二位移检测单元设置在所述扭摆结构的另一端，包括第三电容极板、第四电容极板，所述第三电容极板、第四电容极板分别设置在所述扭摆结构另一端的上下两侧且与所述扭摆结构有一定间距；
处理单元，与所述扭摆结构、第一位移检测单元和第二位移检测单元连接，用于通过对所述第一位移信号S1和所述第二位移信号S2，的处理，将所述扭摆结构产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到转动位移信号和/或平动位移信号。
作为优选方案，所述扭摆结构包括摆、固定架、连接于摆和固定架之间的悬丝；所述第一位移检测单元设置在摆的一端，所述第二位移检测单元设置在摆的另一端。
作为优选方案，所述第一电容极板设置在所述摆一端上侧面的上方，所述第二电容极板设置在所述摆一端下侧面的下方；所述第三电容极板设置在所述摆另一端上侧面的上方，所述第四电容极板设置在所述摆另一端下侧面的下方；所述摆的两端且于所述第一电容极板、第二电容极板、第三电容极板、第四电容极板投影位置镀有金属层；所述金属层与所述处理单元电连接。
作为优选方案，所述处理单元包括电荷放大电路。
作为优选方案，所述第一电容极板、第二电容极板、第三电容极板、第四电容极板的表面镀有金属层。
作为优选方案，所述固定架包括真空容器内部的固定连接件。
本发明还提出了一种基于差分电容的扭摆解耦读取方法，应用于上述任一技术方案提出的基于差分电容的扭摆测试装置，包括以下步骤：当外界力信号作用到扭摆结构时，所述扭摆结构上搭载的第一位移检测单元、第二位移检测单元分别产生第一位移信号S1和第二位移信号S2；将所述第一位移信号S1和第二位移信号S2进行处理，将所述扭摆结构产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到经过噪声抑制的转动位移信号和/或平动位移信号。
作为优选方案，当需要抑制平动位移信号x时，将第一电容极板、第三电容极板的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板、第四电容极板的导电端输入载波信号-Vp；当需要抑制转动位移信号y时，将第一电容极板、第四电容极板的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板、第三电容极板的导电端输入载波信号-Vp。
作为优选方案，所述经过噪声抑制的转动位移信号的处理步骤包括：
计算所述第一位移信号S1，其表达公式如下：
S1＝C2-C1＝2·ε·S·(y-x)/d0 2
计算所述第二位移信号S2，其表达公式如下：
S2＝C4-C3＝2·ε·S·(y+x)/d0 2
式中，ε为极板间的介电常数，S为极板间正对面积，d0为第一电容极板、第二电容极板、第三电容极板、第四电容极板与摆的间距；y为转动位移信号，x为平动位移信号；
将所述第一位移检测单元和第二位移检测单元输出的信号共同输入至处理单元后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C3-C4)·s
联立上述公式即可得到抑制平动位移信号后的输出信号Vo，其表达公式如下：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·y
式中，输出信号Vo即为抑制平动位移信号后的转动位移信号。
作为优选方案，所述经过噪声抑制的平动位移信号的处理步骤包括：
将所述第一位移检测单元和第二位移检测单元输出的信号共同输入至处理单元后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C4-C3)·s
由上述公式即可得到抑制转动位移信号后的输出信号Vo，其表达公式如下：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·x
式中，输出信号Vo即为抑制转动位移信号后的平动位移信号。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过采用由第一电容极板、第二电容极板、第三电容极板、第四电容极板组成的电容位移传感器作为位移检测单元，并分别对其加入差分载波，进一步调节载波正负，第一位移检测单元、第二位移检测单元分别产生第一位移信号S1和第二位移信号S2，通过处理单元将第一位移信号S1和第二位移信号S2解耦处理得到经过噪声抑制的转动位移信号和/或平动位移信号，能够有效提高扭摆测试精度。
附图说明
图1为实施例1的基于差分电容的扭摆测试装置的结构示意图。
图2为实施例1的扭摆结构的结构示意图。
图3为实施例1中抑制平动位移信号x产生的噪声的扭摆测试装置的结构示意图。
图4为实施例1的扭摆结构的转动示意图。
图5为实施例1中抑制扭转信号y产生的噪声的扭摆测试装置的结构示意图。
图6为实施例2的基于差分电容的扭摆解耦读取方法的流程图。
其中，1-扭摆结构，101-摆，102-固定架，103-悬丝，2-第一位移检测单元，201-第一电容极板，202-第二电容极板，3-第二位移检测单元，301-第三电容极板，302-第四电容极板，4-处理单元，401-电荷放大电路，5金属层。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种基于差分电容的扭摆测试装置，如图1～4所示，为本实施例的基于差分电容的扭摆测试装置及扭摆结构的结构示意图。
本实施例提出的基于差分电容的扭摆测试装置中，包括扭摆结构1、第一位移检测单元2、第二位移检测单元3、处理单元4，其中：
所述扭摆结构1用于接收外置推进器产生的微推力；
所述第一位移检测单元2用于检测所述扭摆结构1的第一位移信号S1；所述第一位移检测单元2设置在所述扭摆结构1的一端，包括第一电容极板201和第二电容极板202，所述第一电容极板201、第二电容极板202分别设置在所述扭摆结构1一端的上下两侧且与所述扭摆结构1有一定间距；
所述第二位移检测单元3用于检测所述扭摆结构1的第二位移信号S2；所述第二位移检测单元3设置在所述扭摆结构1的另一端，包括第三电容极板301、第四电容极板302，所述第三电容极板301、第四电容极板302分别设置在所述扭摆结构1另一端的上下两侧且与所述扭摆结构1有一定间距；
所述处理单元4与所述扭摆结构1、第一位移检测单元2和第二位移检测单元3连接，用于通过对所述第一位移信号S1和所述第二位移信号S2的处理，将所述扭摆结构1产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到转动位移信号和/或平动位移信号。
进一步地，本实施例中的扭摆结构1包括摆101、固定架102以及用于连接摆101和固定架102的悬丝103，且第一位移检测单元2设置在摆101的一端，第二位移检测单元3设置在摆101的另一端。
本实施例中的第一位移检测单元2、第二位移检测单元3分别采用电容位移传感器，通过将位移信号转化为电容信号，进而转换为电压信号，再根据位移信号与电压信号之间的换算关系得到位移信号。如图3所示，为本实施例的基于电容位移传感器的扭摆测试装置的结构示意图。
本实施例中，第一电容极板201设置在摆101一端上侧面的上方，第二电容极板202设置在摆101一端下侧面的下方；第三电容极板301设置在摆101另一端上侧面的上方，第四电容极板302设置在摆101另一端下侧面的下方；摆101的两端且于第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302投影位置镀有金属层5；金属层5与处理单元4电连接。其中处理单元4中包括电荷放大电路401，处理单元4中还包含计算、存储等部分，在此不进行详细阐述。
此时，摆101的两端分别形成两组差分电容检测结构。
在一个实施例中，第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302为铝材质，此时，金属层5也为铝材质；
在另一实施例中，第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302为陶瓷，此时，第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302的表面镀有金属层。
下面根据如图3所述的基于电容位移传感器的扭摆测试装置进行原理说明，以达到充分验证该发明的效果。
采用电推进器、冷气推进器或胶体推进器等外置的推力器对扭摆结构1中的摆101施加外界力信号，扭摆结构1上搭载的第一位移检测单元2、第二位移检测单元3分别感应并产生第一位移信号S1和第二位移信号S2；其中，摆101的第一端：第一电容极板201与其投影位置的金属层5形成平行电容极板，其间距为d1，根据电容公式C＝ε·S/d得到电容值C1，同理得到电容值C2、C3、和C4。式中，ε为极板间的介电常数，S为极板间正对面积，d为极板间距。
需要说明的是，S、d需要根据实际需求进行设计，在本实施例中，S1＝S2＝S3＝S4。且在初始位置时，d1＝d2＝d3＝d4＝d0。
当摆101发生如图4所示的转动时，此时产生的位移信号包含平动位移信号x和转动位移信号y。其中，扭摆测试装置中的摆101简化为线条表示，A1-B1为摆101的原始位置，A2-B2为摆101受外界力信号作用后的位移位置，而第一位移检测单元2搭载设置在摆101的A1/A2端，第二位移检测单元3搭载设置在摆101的B1/B2端，且x为扭摆结构1的平动位移信号，y为扭摆结构1的转动位移信号。
本实施例中的第一位移检测单元2将输出第一差分电容信号S1为：
C2-C1＝ε·S/d1-ε·S/d2
即S1＝C2-C1＝2·ε·S·(y-x)/d0 2
同理，第二位移检测单元3输出第二差分电容信号S2为：
C4-C3＝2·ε·S·(y+x)/d0 2
第一位移检测单元2和第二位移检测单元3输出的信号共同输入至处理单元4后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C3-C4)·s
联立上述公式即可得到电荷放大电路的输出信号：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·y
上述电荷放大电路的输出信号即为通过本实施例得到的抑制平动位移信号x后得到的输出信号。
需要说明的是，第一电容极板201、第三电容极板301的导电端输入了载波信号+Vp，第二电容极板202、第四电容极板302的导电端输入了载波信号-Vp。
为扩充本发明的实施方案，在另一实施例中，如果想要抑制扭转信号y产生的噪声，也可以通过本发明实施方案进行抑制。如图5所示，为抑制扭转信号y产生的噪声的扭摆测试装置的结构示意图。将第一电容极板201、第四电容极板302的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板202、第三电容极板301的导电端输入载波信号-Vp。此时电荷放大电路401的处理方程为：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C4-C3)·s
最终，得到电荷放大电路401的输出信号为：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·x
上述电荷放大电路的输出信号即为通过本实施例得到的抑制转动位移信号y后得到的输出信号。
此外，在本实施例中，摆101采用陶瓷、铝等材料；悬丝103采用石英、钨等材料，此外，摆101、悬丝103的材料选取根据实际实施需求进行选择，悬丝103的直径、长度的设计，以及摆101的长度和质量的设计同样根据实际实施需求进行设计。
本实施例中的固定架102为与光学平台固连的支架，或采用铝、铁材质制成的支架，此外，还可以采用真空容器内部的固定连接件作为固定架102。
本实施例中的第一位移检测单元2、第二位移检测单元3分别采用由第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302组成的电容位移传感器，通过将位移信号转化为电容信号，进而转换为电压信号，再根据位移信号与电压信号之间的换算关系，将所述扭摆结构1产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到转动位移信号和/或平动位移信号。
实施例2
本实施例提出一种基于差分电容的扭摆解耦读取方法，应用实施例1提出的基于差分电容的扭摆测试装置，如图6所示，为本实施例的基于差分电容的扭摆解耦读取方法的流程图。
本实施例提出的基于差分电容的扭摆解耦读取方法中，包括以下步骤：
S1：当外界力信号作用到扭摆结构1时，所述扭摆结构1上搭载的第一位移检测单元2、第二位移检测单元3分别产生第一位移信号S1和第二位移信号S2；
S2：将所述第一位移信号S1和第二位移信号S2进行处理，将所述扭摆结构1产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到经过噪声抑制的转动位移信号和/或平动位移信号。
本实施例中，当需要抑制平动位移信号x时，将第一电容极板201、第三电容极板301的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板202、第四电容极板302的导电端输入载波信号-Vp。
此时，对信号的处理步骤包括：
计算所述第一位移信号S1，其表达公式如下：
S1＝C2-C1＝2·ε·S·(y-x)/d0 2
计算所述第二位移信号S2，其表达公式如下：
S2＝C4-C3＝2·ε·S·(y+x)/d0 2
式中，ε为极板间的介电常数，S为极板间正对面积，d0为第一电容极板201、第二电容极板202、第三电容极板301、第四电容极板302与摆101的间距；y为转动位移信号，x为平动位移信号；
将所述第一位移检测单元2和第二位移检测单元3输出的信号共同输入至处理单元4后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C3-C4)·s
联立上述公式即可得到抑制平动位移信号后的输出信号Vo，其表达公式如下：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·y
式中，输出信号Vo即为抑制平动位移信号后的转动位移信号。
当需要抑制转动位移信号y时，将第一电容极板201、第四电容极板302的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板202、第三电容极板301的导电端输入载波信号-Vp。
此时，对信号的处理步骤包括：
计算所述第一位移信号S1、第二位移信号S2，将其共同输入至处理单元4后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C4-C3)·s
最终，得到电荷放大电路401的输出信号为：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·x
上述电荷放大电路的输出信号即为通过本实施例得到的抑制转动位移信号y后得到的输出信号。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，包括：
扭摆结构(1)，用于接收外置推进器产生的微推力；
第一位移检测单元(2)，用于检测所述扭摆结构(1)的第一位移信号S1；所述第一位移检测单元(2)设置在所述扭摆结构(1)的一端，包括第一电容极板(201)和第二电容极板(202)，所述第一电容极板(201)、第二电容极板(202)分别设置在所述扭摆结构(1)一端的上下两侧且与所述扭摆结构(1)有一定间距；
第二位移检测单元(3)，用于检测所述扭摆结构1的第二位移信号S2；所述第二位移检测单元(3)设置在所述扭摆结构(1)的另一端，包括第三电容极板(301)、第四电容极板(302)，所述第三电容极板(301)、第四电容极板(302)分别设置在所述扭摆结构(1)另一端的上下两侧且与所述扭摆结构(1)有一定间距；
处理单元(4)，与所述扭摆结构(1)、第一位移检测单元(2)和第二位移检测单元(3)连接，用于通过对所述第一位移信号S1和所述第二位移信号S2，的处理，将所述扭摆结构(1)产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到转动位移信号和/或平动位移信号；
其中，当需要抑制平动位移信号x时，将第一电容极板(201)、第三电容极板(301)的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板(202)、第四电容极板(302)的导电端输入载波信号-Vp；当需要抑制转动位移信号y时，将第一电容极板(201)、第四电容极板(302)的导电端输入载波信号+Vp，第二电容极板(202)、第三电容极板(301)的导电端输入载波信号-Vp；
经过噪声抑制的转动位移信号的处理步骤包括：
计算所述第一位移信号S1，其表达公式如下：
S1＝C2-C1＝2·ε·S·(y-x)/d0 2
计算所述第二位移信号S2，其表达公式如下：
S2＝C4-C3＝2·ε·S·(y+x)/d0 2
式中，ε为极板间的介电常数，S为极板间正对面积，d0为第一电容极板(201)、第二电容极板(202)、第三电容极板(301)、第四电容极板(302)与摆(101)的间距；y为转动位移信号，x为平动位移信号；
将所述第一位移检测单元(2)和第二位移检测单元(3)输出的信号共同输入至处理单元(4)后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C3-C4)·s
联立上述公式即可得到抑制平动位移信号后的输出信号Vo，其表达公式如下：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·y
式中，输出信号Vo即为抑制平动位移信号后的转动位移信号；
经过噪声抑制的平动位移信号的处理步骤包括：
将所述第一位移检测单元(2)和第二位移检测单元(3)输出的信号共同输入至处理单元(4)后，根据电路检测原理，可得：
-Vo·Cf·s＝Vp·(C1-C2)·s+Vp·(C4-C3)·s
由上述公式即可得到抑制转动位移信号后的输出信号Vo，其表达公式如下：
Vo＝(4·ε·S·Vp/(Cf·d0 2))·x
式中，输出信号Vo即为抑制转动位移信号后的平动位移信号。
2.根据权利要求1所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，所述扭摆结构(1)包括摆(101)、固定架(102)、连接于摆(101)和固定架(102)之间的悬丝(103)；所述第一位移检测单元(2)设置在摆(101)的一端，所述第二位移检测单元(3)设置在摆(101)的另一端。
3.根据权利要求2所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，所述第一电容极板(201)设置在所述摆(101)一端上侧面的上方，所述第二电容极板(202)设置在所述摆(101)一端下侧面的下方；所述第三电容极板(301)设置在所述摆(101)另一端上侧面的上方，所述第四电容极板(302)设置在所述摆(101)另一端下侧面的下方；所述摆(101)的两端且于所述第一电容极板(201)、第二电容极板(202)、第三电容极板(301)、第四电容极板(302)投影位置镀有金属层(5)；所述金属层(5)与所述处理单元(4)电连接。
4.根据权利要求3所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，所述处理单元(4)包括电荷放大电路(401)。
5.根据权利要求4所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，所述第一电容极板(201)、第二电容极板(202)、第三电容极板(301)、第四电容极板(302)的表面镀有金属层。
6.根据权利要求2所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，所述固定架(102)包括真空容器内部的固定连接件。
7.一种基于差分电容的扭摆解耦读取方法，应用于权利要求1～6任一项所述的基于差分电容的扭摆测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
当外界力信号作用到扭摆结构(1)时，所述扭摆结构(1)上搭载的第一位移检测单元(2)、第二位移检测单元(3)分别产生第一位移信号S1和第二位移信号S2；
将所述第一位移信号S1和第二位移信号S2进行处理，将所述扭摆结构(1)产生的转动位移信号和平动位移信号解耦得到经过噪声抑制的转动位移信号和/或平动位移信号。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114152379B (zh) * 2021-11-15 2022-12-20 华中科技大学 基于无线控制的电气解耦型微推进器推力测量装置及方法
CN114152380B (zh) * 2021-11-23 2023-02-28 华中科技大学 一种用于微牛级推力测试的快响应二级摆装置
CN117782374B (zh) * 2024-02-27 2024-06-07 国科大杭州高等研究院 基于残余电荷噪声抑制的扭摆式微推力测量装置及方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844933A (zh) * 2006-05-16 2006-10-11 北京航空航天大学 一种扭摆式硅mems角加速度传感器
CN101510094A (zh) * 2009-03-20 2009-08-19 华中科技大学 一种无拖曳控制双扭摆测试装置
CN101915858A (zh) * 2010-07-02 2010-12-15 华中科技大学 反馈控制扭摆弱力扫描探测仪
CN102721456A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 中国人民解放军国防科学技术大学 微推力与微冲量的直接标定方法
CN103335769A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 中国科学院力学研究所 一种电推进器弱力测量装置
CN103613063A (zh) * 2012-12-07 2014-03-05 华中科技大学 一种组装带状阵列的闭环控制装置
CN104865410A (zh) * 2015-05-04 2015-08-26 华中科技大学 一种基于静电控制扭摆的导体表面电势测量仪
CN106644395A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 中国人民解放军装备学院 一种用于激光烧蚀微推进的比冲直接测量方法
CN107844618A (zh) * 2016-11-22 2018-03-27 中国人民解放军装备学院 用于测量推力和冲量的扭摆***的设计方法
CN108680303A (zh) * 2018-07-06 2018-10-19 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 用于扭摆测力的***响应误差计算方法、扭摆测力***
CN110562504A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 华中科技大学 一种冷气推进器推力测量装置
CN111410168A (zh) * 2020-04-26 2020-07-14 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种质量离散化的mems器件抗冲击结构及设计方法
CN111412830A (zh) * 2020-04-28 2020-07-14 中山大学 一种电容极板调装装置及方法
CN111811385A (zh) * 2020-06-24 2020-10-23 华中科技大学 一种基于双调制法的双轴电容位移检测装置和方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5207767A (en) * 1991-10-03 1993-05-04 Panex Corporation Capacitor and pressure transducer
CN100594384C (zh) * 2008-09-19 2010-03-17 北京大学 正交环型压电加速度计
US8800371B2 (en) * 2012-03-08 2014-08-12 Industrial Technology Research Institute Electrostatic force generator and force measurement system and accelerometer having the same
CN108073075A (zh) * 2017-12-21 2018-05-25 苏州大学 基于ga优化bp神经网络的硅微加速度计温度补偿方法、***

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844933A (zh) * 2006-05-16 2006-10-11 北京航空航天大学 一种扭摆式硅mems角加速度传感器
CN101510094A (zh) * 2009-03-20 2009-08-19 华中科技大学 一种无拖曳控制双扭摆测试装置
CN101915858A (zh) * 2010-07-02 2010-12-15 华中科技大学 反馈控制扭摆弱力扫描探测仪
CN102721456A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 中国人民解放军国防科学技术大学 微推力与微冲量的直接标定方法
CN103613063A (zh) * 2012-12-07 2014-03-05 华中科技大学 一种组装带状阵列的闭环控制装置
CN103335769A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 中国科学院力学研究所 一种电推进器弱力测量装置
CN104865410A (zh) * 2015-05-04 2015-08-26 华中科技大学 一种基于静电控制扭摆的导体表面电势测量仪
CN107844618A (zh) * 2016-11-22 2018-03-27 中国人民解放军装备学院 用于测量推力和冲量的扭摆***的设计方法
CN106644395A (zh) * 2016-11-24 2017-05-10 中国人民解放军装备学院 一种用于激光烧蚀微推进的比冲直接测量方法
CN108680303A (zh) * 2018-07-06 2018-10-19 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 用于扭摆测力的***响应误差计算方法、扭摆测力***
CN110562504A (zh) * 2019-09-30 2019-12-13 华中科技大学 一种冷气推进器推力测量装置
CN111410168A (zh) * 2020-04-26 2020-07-14 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 一种质量离散化的mems器件抗冲击结构及设计方法
CN111412830A (zh) * 2020-04-28 2020-07-14 中山大学 一种电容极板调装装置及方法
CN111811385A (zh) * 2020-06-24 2020-10-23 华中科技大学 一种基于双调制法的双轴电容位移检测装置和方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"空间惯性传感器敏感结构构建及地面评价方法研究";王少鑫;《中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20210115(第01期);正文第7-45页 *
双丝扭秤微推力测量***;马隆飞等;《推进技术》;20180226(第04期);正文第948-953页，图1-4 *

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