阅读说明：本技术 一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法 (System and method for modulating electrostatic suspension accelerometer and loading bias voltage ) 是由 陈光峰 李云鹏 王佐磊 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于航空航天技术领域,具体公开了一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法,加载系统包括偏置信号、检测高阻模块、电容、检测调制信号、双层屏蔽线、检验质量块,偏置信号从检测高阻模块的输入端进入；检测调制信号和电容的输入端连接；电容的输出端与检测高阻模块的输出端连接于信号混合点；双层屏蔽线连接检验质量块和信号混合点。本发明的静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法,实现了偏置信号及检测调至信号的混合加载,抑制了外界噪声的干扰,同时防止偏置信号与检测调至信号的混合信号发生衰减,有益于空间非保守力检测灵敏度要求高的系统运用,例如基本物理学理论验证中的引力波探测、等效原理探测等领域。(The invention belongs to the technical field of aerospace, and particularly discloses a system and a method for loading modulation and bias voltage of an electrostatic suspension accelerometer, wherein the loading system comprises a bias signal, a detection high-resistance module, a capacitor, a detection modulation signal, a double-layer shielding wire and a proof mass block, wherein the bias signal enters from the input end of the detection high-resistance module; the detection modulation signal is connected with the input end of the capacitor; the output end of the capacitor and the output end of the high-resistance detection module are connected to a signal mixing point; the double-layer shielding wire is connected with the proof mass and the signal mixing point. The system and the method for modulating the electrostatic suspension accelerometer and loading the bias voltage realize the mixed loading of the bias signal and the detection tuning signal, inhibit the interference of external noise, prevent the attenuation of the mixed signal of the bias signal and the detection tuning signal, and are beneficial to the application of systems with high requirements on the detection sensitivity of space non-conservative force, such as gravitational wave detection, equivalent principle detection and other fields in the verification of basic physics theory.)

一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法

技术领域

本发明涉及航空航天

技术领域

，尤其涉及一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法。

背景技术

静电悬浮加速度计是高精度非重力测量设备，可应用于空间各类飞行器的非保守力的精密测量、飞行器精密定轨、基本物理学相关理论的空间验证试验等领域。这些领域的应用需求，对静电加速度计系统提出了很高的噪声需求，为了保证这一需求，系统的各部分都要做严格的降噪设计。其中的偏置及检测信号的加载，一般使用长线加载，是引入噪声的环节之一。而偏置信号和检测信号和测量的精度密切相关，因此必须使用特殊的防噪声措施。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法。

一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统，包括偏置信号、检测高阻模块、电容、检测调制信号、双层屏蔽线、检验质量块，其中：

偏置信号从检测高阻模块的输入端进入；检测调制信号和电容的输入端连接；电容的输出端与检测高阻模块的输出端连接于信号混合点；双层屏蔽线连接检验质量块和信号混合点。

进一步地，还包括运算放大器以及电阻，其中：

运算放大器的正极输入端与信号混合点连接；电阻连接于运算放大器的负极输入端和输出端之间；

运算放大器的输出端与双层屏蔽线的内屏蔽层电连接；双层屏蔽线的外屏蔽层接地。

进一步地，偏置信号为直流偏置电压信号。

进一步地，检测高阻模块为100kΩ的直流电阻。

进一步地，检测调制信号为100kHz的正弦电压信号。

进一步地，检测调制信号由100kHz晶体振荡电路产生。

进一步地，检测高阻模块包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1；电阻R1的输入端接入偏置信号，电阻R1的输出端与电容C1串联；电感L1与电阻R1、电容C1的串联电路相并联；电阻R2连接在电感L1与信号混合点之间。

进一步地，电容为0.1uF电容。

本发明还提供一种通过上述加载系统实现静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载方法，加载方法包括：

在检测高阻模块的输入端施加偏置信号；

在电容的输入端施加检测调制信号；

偏置信号和检测调制信号在信号混合点混合后产生混合信号；

混合信号输入运算放大器的正极输入端；

运算放大器的输出端信号施加在双层屏蔽线的内屏蔽层；

双层屏蔽线将信号混合点的混合信号传输至检验质量块。

本发明的静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法，实现了偏置信号及检测调至信号的混合加载，通过双层屏蔽线有效抑制了噪声的干扰，并引入运算放大器和电阻，和双层屏蔽线的内屏蔽层相连接，进一步的抑制了外界噪声的干扰，同时防止偏置信号与检测调至信号的混合信号发生衰减，有益于空间非保守力检测灵敏度要求高的系统运用，例如基本物理学理论验证中的引力波探测、等效原理探测等领域。

附图说明

图1为本发明实施例的静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统的结构示意图；

其中：1-偏置信号、2-检测调制信号、3-检测高阻模块、4-电容、5-信号混合点、6-运算放大器、7-电阻、8-双层屏蔽线、9-检验质量块。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统，如图1所示，包括偏置信号(1)、检测高阻模块(3)、电容(4)、检测调制信号(2)、双层屏蔽线(8)、检验质量块(9)，其中：偏置信号(1)从检测高阻模块(3)的输入端进入；检测调制信号(2)和电容(4)的输入端连接；电容(4)的输出端与检测高阻模块(3)的输出端连接于信号混合点(5)；双层屏蔽线(8)连接检验质量块(9)和信号混合点(5)。

具体的，如图1所示，本发明实施例的加载系统还包括运算放大器(6)以及电阻(7)，其中：运算放大器(6)的正极输入端与信号混合点(5)连接；电阻(7)连接于运算放大器(6)的负极输入端和输出端之间；运算放大器(6)的输出端与双层屏蔽线(8)的内屏蔽层电连接；双层屏蔽线(8)的外屏蔽层接地。

具体的，本发明实施例的加载系统中偏置信号(1)为直流偏置电压信号。

具体的，本发明实施例的加载系统中检测高阻模块(3)为100kΩ的直流电阻。

具体的，本发明实施例的加载系统中检测调制信号(2)为100kHz的正弦电压信号。

具体的，本发明实施例的加载系统中检测调制信号(2)由100kHz晶体振荡电路产生。

具体的，本发明实施例的加载系统中检测高阻模块(3)包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1；电阻R1的输入端接入偏置信号(1)，电阻R1的输出端与电容C1串联；电感L1与电阻R1、电容C1的串联电路相并联；电阻R2连接在电感L1与信号混合点(5)之间。本实施例不限定电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1的具体产品参数，只需要整体达到100kΩ的直流电阻效果即可。

具体的，本发明实施例的加载系统中电容(4)为0.1uF电容。

本发明实施例的加载系统通过标准电压产生的偏置电压VP——偏置信号(1)，通过直流电阻100kΩ的检测高阻模块(3)，同时，100kHz晶体振荡电路产生的正弦信号Vd——检测调制信号(2)，通过0.1uF电容(4)后，正弦信号Vd与偏置电压Vp混合，通过双层屏蔽线(8)连接到检验质量块(9)上，完成了检测和偏置信号的加载。将正弦信号Vd与偏置电压Vp的混合信号引入运算放大器(6)，将输出连接双层屏蔽线的内屏蔽层，抑制了外界噪声的干扰，同时防止双层屏蔽线(8)对正弦信号Vd与偏置电压Vp的混合信号的衰减。电阻(7)连接于运算放大器(6)的负极输入端和输出端之间，保证了运算放大器(6)工作在合适的电压幅度上。由于检验质量块(9)对地的直流电阻很大，有数百兆欧，而检测高阻模块(3)只有直流电阻100kΩ，因此偏置电压Vp基本不变。

本发明实施例的加载系统可运用于空间非保守力检测灵敏度要求高的系统，例如基本物理学理论验证中的引力波探测、等效原理探测等领域，也可以应用于地面各类静电悬浮加速度计的系统中，此处不做限制。

本发明还提供一种静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载方法，通过以上实施例的静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统实现，具体的加载方法包括：

在检测高阻模块(3)的输入端施加偏置信号(1)；

在电容(4)的输入端施加检测调制信号(2)；

偏置信号(1)和检测调制信号(2)在信号混合点(5)混合后产生混合信号；

混合信号输入运算放大器(6)的正极输入端；

运算放大器(6)的输出端信号施加在双层屏蔽线(8)的内屏蔽层；

双层屏蔽线(8)将信号混合点(5)的混合信号传输至检验质量块(9)。

本方法实施例的相关原理可参考前述实施例关系加载系统的描述，此处不再赘述。

本发明的静电悬浮加速度计调制及偏置电压的加载系统及方法，实现了偏置信号及检测调至信号的混合加载，通过双层屏蔽线有效抑制了噪声的干扰，并引入运算放大器和电阻，和双层屏蔽线的内屏蔽层相连接，进一步的抑制了外界噪声的干扰，同时防止偏置信号与检测调至信号的混合信号发生衰减，有益于空间非保守力检测灵敏度要求高的系统运用，例如基本物理学理论验证中的引力波探测、等效原理探测等领域。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。