微重力环境对MHD角速度传感器性能影响研究

磁流体动力学角速度传感器在轨测试期间,其内部流体部分运动特性在微重力下与实验室(常重力)环境不同,表现为静压梯度、沉浮分层与浮力对流减弱,且航天器姿态调整时传感器所受微重力方向会发生变化,故有必要分析航天器所在微重力环境对传感器输出性能的影响。由于在轨测试成本高,地面测试复现效果不理想,利用仿真软件Fluent,对比两种不同结构的传感器在常重力下和航天器不同姿态的微重力下流体运动特征与敏感元件输出特性。仿真结果表明,相较于常重力环境,在航天器不同姿态的微重力环境下,径向磁场结构敏感元件的标度相对误差不超过0.01%,最大值较轴向磁场结构减小1个数量级,低于标度重复性测试相对误差3个数量级,相位偏差小于10^(-5)°。

硅微轴对称陀螺速率积分模式下角速率输出方法研究

硅微轴对称陀螺速率积分模式通过对振型的进动角检测来实现角度信号的输出。要实现角速率输出,通常采用微分来实现,而器件刚度和阻尼不对称会带来输出量的波动和噪声等误差,直接影响输出精度,同时导致输出阈值存在。在分析刚度和阻尼不对称误差模型的基础上,采用输出量的傅里叶级数迭代对误差项进行补偿,实现速率积分模式下误差自补偿技术,降低了阈值,并提升了输出线性度。实验结果表明,在量程±5000°/s范围内,标度因数非线性由1240×10^(-6)降低至340×10^(-6),阈值由5°/s降低至0.5°/s。

磁流体动力学角速度传感器的温度特性分析

磁流体动力学角速度传感器基于磁流体动力学效应工作,导电流体置于旋转的磁场环境,切割磁感线产生感应电势。环境温度变化,会影响导电流体的黏度、电导率及磁通密度进而改变导电流体的响应状态,从而影响传感器的输出。文中从理论上分析了温度对传感器关键部件的影响,并利用MAXWELL及FLUENT进行耦合仿真,通过温度实验加以验证。结果表明:低频时导电流体的正温度效应小于永磁回路的负温度效应;中高频时,影响MHD角速度传感器表头温度稳定性的主导因素为永磁回路的负温度效应,为减小传感器温度漂移并进行结构优化设计提供依据。