《星載矽微靜電加速度計關鍵技術研究》是依託清華大學，由韓豐田擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：星載矽微靜電加速度計關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：韓豐田
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高精度的空間加速度計作為重力探測衛星的核心敏感元件，用於測量重力衛星受到的非保守力或敏感重力梯度變化，以獲得高精度、高空間解析度的地球重力場模型。本課題以實現高解析度的空間微弱加速度測量為目標，研究基於六自由度靜電懸浮、矽加工工藝的六軸微靜電加速度計，評估其可達到的精度極限，探索實現高解析度、微型化、多軸集成式空間加速度計的新途徑，為星載重力梯度儀、衛星非保守力測量及衛星無拖曳控制系統的研製奠定基礎。研究內容包括：1、針對空間環境，研究矽微靜電加速度計的誤差機理和誤差模型，評估其可達到的精度；2、研究多路微小電容檢測方法，通過噪聲特性建模與實驗驗證尋求提高檢測解析度的途徑；3、研究六自由度懸浮系統的解耦控制與自適應變預載技術；4、研究微靜電加速度計的地面測試方法，研製一套矽微靜電加速度計地面試驗裝置，完成性能測試和精度評定。
結題摘要
在衛星提供的微重力環境下，超低量程的空間靜電加速度計可提供非常高的解析度，廣泛套用於測定引起衛星軌道攝動的非保守力、衛星重力測量、衛星無拖曳控制、基礎物理實驗等空間微重力領域。本項目以實現高解析度的空間微弱加速度測量為目標，提出基於玻-矽-玻結構、體矽加工工藝、六自由度靜電支承的三軸MEMS靜電加速度計，探索實現高解析度、微型化、多軸集成式空間加速度計的新途徑。本項目經過三年的研究工作達到了預期目標，主要研究內容及取得的成果包括：1、完成了矽微靜電加速度計的噪聲特性分析與建模，評估了空間環境下的噪聲特性；2、完成了矽微靜電加速度計的系統分析與結構最佳化設計，探索出一種基於玻-矽-玻鍵合、鋁犧牲層的體矽工藝，成功加工出了矽微靜電加速度計樣片；3、提出了根據七路位移信號實現檢驗質量六自由度靜電支承的解耦控制方法，研製了基於高速DSP的數字支承控制系統，成功實現了質量塊六自由度穩定懸浮與性能測試，並通過實驗驗證了針對大氣環境建立的動態支承剛度模型；4、系統研究了多種微小電容檢測技術，分別設計了基於模擬開關、模擬乘法器和環形二極體解調的矽微靜電加速度計地面實驗裝置，完成了超低量程矽微靜電加速度計的初步性能測試。地面測試表明加速度計的量程可降低至2.9mg，靈敏度達到688.8V/g，噪聲小於3.21×10-6g/Hz1/2 。根據公開資料，本項目組在國際上首次成功研製出超低量程、高靈敏度的MEMS靜電加速度計樣機，研究成果為在微小衛星上實現微弱加速度測量提供了新途徑。基於本項目的技術成果，項目組與北京航天控制儀器研究所合作開展了矽微靜電加速度計工程樣機研製，探索這種高靈敏度的MEMS加速度計在空間微重力環境的套用潛力。
