高精度惯性传感器电荷地面测量方法基于相位敏感解调

科学领域:

• 太空物理空间物理学
• 引力波检测引力波探测器
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 惯性传感器对于太空引力波检测至关重要,需要测试质量 (TM) 自由漂浮.
• 剩余加速噪声,包括来自TM电荷的静电和洛伦兹力,必须最小化至<3×10-15ms-2Hz-1/2.2.
• 高精度的电荷测量 (<3×10-13C) 对于TM的有效电荷管理至关重要.

研究的目的:

• 设计和验证用于惯性传感器测试质量的高精度电荷测量方法.
• 为了满足太空引力波任务的严格剩余电荷测量精度要求.

主要方法:

• 开发了一种高精度的电荷测量方法,利用相位敏感解调 (PSD).
• 基于力调制方法模拟扭矩摆形旋转,以分析TM扭矩角度信号.
• 通过使用PSD分析TM扭矩角度信号中的特定频率组件,提取电荷信息.

主要成果:

• 基于PSD的方法与Butterworth带通波器相比,显示了更高的测量精度.
• 这种新方法表现出较短的沉降时间和优越的抗干扰能力.
• 模拟结果证实该方法符合3×10-13C的所需TM残存电荷测量精度.

结论:

• 设计的基于PSD的方法有效地以高精度测量测试质量电荷.
• 该方法适用于用于太空引力波探测任务的惯性传感器中的电荷管理.
• 该技术在精度,速度和稳定性方面比现有的过方法有显著的改进.