一种对水平振动不敏感的悬挂式测试摆台的研究

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随着科学技术的发展,空间加速度计的应用越来越广泛,其分辨率也越来越高。如重力测量卫星CHAMP中的加速度计的分辨率约为10-9~10-8m/s2/Hz1/2;应用于空间引力波探测的LISA计划,其加速度计的噪声要求小于3×10-15m/s2/Hz1/2。在空间加速度计的研制过程中,在地面上对其性能测试是一项重要内容。受地脉动的影响,全球各处地面始终存在相对惯性系的振动噪声,若将加速度计直接放置在地面上时,地面振动会直接耦合到其输入端,同时由于地面的振动加速度噪声远远高于加速度计自身的噪声,所以加速度计的地面测试会受限制于地面测试水平。因此必须要采用一些方法来减弱地面振动噪声对加速度计地面测试的影响。本论文调研了国内外抑制地面振动噪声对精密仪器影响的几种常用方法,针对本课题组高精度空间加速度计地面研究的需求,提出了一种利用悬挂式摆台在悬点振动时的自主倾斜来补偿地面噪声的方案。对于该方案,本文从理论上对其性能进行了分析与计算,得到当待测加速度计放置在该摆台上时对地面振动噪声响应的传递函数。分析与计算结果表明该方案不仅对高频区域(高于摆台本征频率)的地面振动噪声有抑制作用,而且对低频区域(低于摆台本征频率)的地面振动噪声同样有很好的抑制效果。另外,对于该方案中用于悬挂摆台的铰链,本文进一步分析了其刚度与损耗对摆台性能的影响。其中铰链刚度主要影响了系统的低频性能,而铰链损耗则是摆台热噪声的来源之一。这些分析对该方案的具体应用有着重要的指导意义。最后,为了验证该方案的可行性,我们搭建了一套摆台装置,并利用微震仪对其性能进行了一系列的测试。测试结果表明该摆台的性能与理论基本相符,它对高频和低频地面振动噪声都起到了很好的抑制作用。我们所提方案性能得到了直接验证。
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