【摘 要】
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加速度计是用来准确测量重力信息的核心传感组件,它的测试结果会直接影响到系统的总体精度和性能,然而加速计的输出不可避免的会受到温度的影响,主要表现是它的零偏和标度因数会随着温度的变化发生漂移。因此,为了抑制温度波动带来的不利效应,我们需要对温度控制系统进行研究。本研究的目的是通过对温度控制系统中的关键技术进行深入的研究,基于课题组内在研加速度计的温控需求,提出mK（milli-kelvin,毫开尔文
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加速度计是用来准确测量重力信息的核心传感组件,它的测试结果会直接影响到系统的总体精度和性能,然而加速计的输出不可避免的会受到温度的影响,主要表现是它的零偏和标度因数会随着温度的变化发生漂移。因此,为了抑制温度波动带来的不利效应,我们需要对温度控制系统进行研究。本研究的目的是通过对温度控制系统中的关键技术进行深入的研究,基于课题组内在研加速度计的温控需求,提出mK（milli-kelvin,毫开尔文）级高精度温度控制系统的设计方案,包括温度传感器、执行机、电压-电流转换器等关键器件的选型以及温度检测电路、温度控制电路、驱动电路和稳压电路的设计,以此来降低温度对加速度计测试的干扰,进一步提高重力测量的准确度和精度。在本文中,我们设计了一种小型高精度模拟温度控制器。其中,包括热敏电阻型温度传感器、模拟PI（Proportional Integral）控制电路、以及聚酰亚胺电热膜型温控加热元件。该电路采用信号放大器INA330完成温度误差信号的检测与放大,通过电子电路将误差信号传递给模拟PI补偿网络,将控制信号提升到适合驱动功率MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）管水平,从而改变聚酰亚胺电热膜加热片的工作状态,进而实现对温度的精确控制。为了解决模拟PI参数调整困难的问题,本文基于锁相放大器,MATLAB的系统辨识工具箱和Simulink仿真插件,提出了一种PI参数整定的方法。并且我们已经通过仿真与测试验证了这种方案的正确性和有效性。实验结果表明,在外层恒温系统为40℃,内层恒温系统为80℃的温度环境下,我们设计的恒温系统的在10h内时域的温度波动为±118μK（micro-kelvin,微开尔文,峰-峰值）,其标准差27μK;在120h内时域的温度波动为0.5 mK（峰-峰值）,其标准差为63μK,性能优于大部分同类针对加速度计的温控系统。本文的研究成果为进一步提升加速度计的性能指标,完成重力梯度测量提供技术支持具有非常实际的应用价值。
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