[发明专利]一种基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法

说明书

本发明公开了一种基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法，包含以下步骤：步骤S1，建立传感器探头的传递模型；步骤S2，建立初级放大变压器的传递函数；步骤S3，建立后端仪用放大电路的传递特性；步骤S4，根据步骤S1，S2及S3所得到的结果，构建传感器的整体模型。本发明系统给出了传感器探头模型，变压器模型，后端放大电路模型及三者构成的传感器全过程模型。该方法可定量分析出某些设计参数下，传感器对应的频响特性；也能通过其传递模型，对传感器中的相关参数进行优化选型设计，对传感器在实际研制过程中起到指导作用。

技术领域

本发明涉及航天器在轨宽频姿态测量领域，具体涉及一种基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法。

背景技术

相机成像过程中相机视轴测量精度与带宽不足，将导致图像几何质量下降，影响卫星无控定位精度。传统测量敏感器可测量0～10Hz以内平台姿态变化情况，而卫星本体及其附件的结构振动、执行机构运行中的微振动都对应着0.001Hz～500Hz宽频信息。载荷图像对应几千Hz的数据信息。采用2～1000Hz高带宽角速度传感器，进行卫星高精度姿态抖动测量，可拓展载荷平台姿态确定带宽及提高姿态确定精度水平。

目前高频角振动测量方法有如下几种：(1)利用多线振动传感器组合获得角振动信息，这种方法需要进行间接计算，传感器数量多，测量精度的提高受限。(2)利用光纤陀螺测量角振动信息，这种方式精度高，单价格昂贵，不适合民用应用发展。(3)利用磁流体效应角速度传感器进行振动测量，该类传感器体积小，质量轻，精度高，有广阔民用应用价值，近几年我国刚刚开展该领域技术研究工作，发展时间相对较短。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法，该方法可根据传感器相关设计参数得到传感器整体模型，为传感器幅频特性估计以及传感器参数优化选型设计奠定基础。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法，包含以下步骤：

步骤S1，建立传感器探头的传递模型；

步骤S2，建立初级放大变压器的传递函数；

步骤S3，建立后端仪用放大电路的传递特性；

步骤S4，根据步骤S1，S2及S3所得到的结果，构建传感器的整体模型。

上述的基于磁流体动力学效应的角速度传感器建模方法，其中，所述步骤S1具体包含以下步骤：

步骤S11，根据欧姆定律得到导电流体内部的电场强度：

J＝σ(E+V×B) (1)

式中J为电流强度，E为电场强度，B为磁感应强度，σ为电导率；当直角坐标系下的磁场条件为B_x＝0,B_y＝-B₀,B_z＝0，则可得到z轴方向电流强度：

式中u_i为下板速度，u为导电流体微元的运动速度，r为O点与下板距离；

步骤S12，计算作用于导电流体微元的电磁力，F_e＝J_yB_z-J_zB_y＝B₀J_z；

步骤S13，根据哈特曼常数物理意义，计算作用导电流体微团的粘性力；

即F_u为微团的粘性力，M是哈特曼常数，其中h为导电流体环厚度，η、ρ、v分别为导电流体的电阻率、密度、运动粘性系数；

步骤S14，根据运动学方程以及流体微元所受的电磁力与粘性力，得到导电流体微团的运动速度：