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月震计关键技术预研
中文名称: 月震计关键技术预研
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论文编号: 3206556收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Advanced Study of the Key Technology of the Moon-Quake Prober
学位类型: 硕士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 地球探测与信息技术
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 月震计 MEMS加速度计 水平坐标变换 倾角解算 监控软件 无线传输 波形显示
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论文简介:中国计划于2012年发射月球软着陆器和月面巡视器(月球车),由于中国尚处于不载人月球探测阶段,且登月舱所承载的科研任务多,要求月震计重量轻、体积小、抗冲击、低功耗、性能稳定等。现有的地震计及美国、日本、欧洲等的月震计、火星探测器都基于重锤拾震和动圈式电磁换能结构,需要复杂的机械调节装置,不适宜我国月震计的采用。近几年随着微机电技术(MEMS)的发展,出现了分辨率较高的MEMS加速度计,其在灵敏度、噪声等方面都已接近到传统动圈式机械加速度传感器的水平,而在频率响应、功耗、重量、体积、抗振性能、稳定性能等方面则要大大优于动圈式机械传感器。因此,本文尝试用高分辨率MEMG加速度计为传感器,设计合理的模拟调理电路,通过一次模拟积分,得到比例于速度物理量的信号输出。为月震计的研制作初步探索,并解决一些实际遇到的技术问题。 月震计的数字采集部分采用高动态范围地球物理勘探专用的24位△-∑模数转换/数字滤波芯片组CS5371/72/76,在目前24位AD转换芯片中有较高的性能表现。三通道用于速度信号输出,三通道采集直流加速度信号,经平均去除噪声和低频月震信号的影响后换算成月震计的倾角姿态。 采用有线和无线两种传输方式。为保证数据传输的正确性,传输协议采用打包的“帧”格式,有效地减少了传输中误码、错码的出现。 由于对月震计的体积、重量、功耗等诸多的严格制约,不宜于采用机械的自动水平调节装置。采用以坐标变换替代机械水平调节,由加速度计的输出解算出月震计的姿态,即得到月震计X、Y两坐标轴在水平面的投影夹角,并由此两倾角经过坐标变换,求出由倾斜坐标系观测到的月震波得出水平坐标系所观测剑的月震波的转换结果,并且倾斜坐标系与水平坐标系的y轴(也可以是x轴)的水平投影指向一致,便于采用同样方法实现月震计的定向变换。同时也指出了月震计定向的一种实现思路。 设计了月震计监控软件用以接收数据、进行协议解析,实现实时波形显示和数据存储等功能。为了获得较好的波形观看效果,波形显示摒弃不连续的分屏显示方式,采用左移的连续显示方式。摒弃静态的纵坐标刻度(纵坐标刻度是固定的,要通过手动调整波形幅度的“放大”和“缩小”来获得较好的显示效果。因此使得小幅度信号的波形不容易观察,而信号幅度大时义使得不能显示完整的波形,造成波形显示的“失真”。),在任何时刻,纵坐标刻度均能动态调整以适应当前波形显示窗口显示的波形段幅值的最大值和最小值,使得实时波形都恰好能在显示区域内完整地显示。纵坐标刻度除给出显示区域内波形幅度的最大值和最小值及平均值,还给出了幅度范围,方便测试时实时记录。软件采用分层和多线程设计,因此能实现大时间范同的波形显示,软件设计为即使在高采样率下也可选择显示前1秒到前30分钟的波形。此外软件还有良好的交互操作界面,便于后继月震计研制的测试监控。 本文的研究结果指出,采用MEMS加速度计可以实现月震计重量、功耗、体积、抗冲击等方面的要求,实验电路可以达到:⒈在100秒~60赫兹范围内幅频响应曲线线性良好(低频受测试仪器限制):⒉噪声幅度最大为18.28微伏,动态范围大于110分贝(实验室条件下且没加屏蔽测试);⒊功耗小于0.8w;⒋数字输出;⒌重量65g(不包括天线),体积51mm×45mm×27mm。 目前MEMS加速度计的分辨力为10<'-7>~10<'-6>g数量级,虽然离测地震波要求10<'-8.g尚有差距,但随着MEMS技术的发展,这一问题必将得到解决。
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