Page 86 - 《真空与低温》2025年第4期

贺 玮等：GEO-SAR 卫星表面材料光压力高精度地面测量技术研究 501

线，完成接地。进行舱内系统调试、舱外系统调试
后，抽气至压力 1×10 Pa。进行模拟太阳光调试后，
−3
模拟光工作，光斩波器启动，开始数据采集。

2.1 传感器现场标定
使用标准砝码在大气环境下对传感器标度因
数进行测量，砝码空气浮力的影响远小于技术指标
要求，可予以忽略。标度因数测量结果如表 1 所列，
各通道的标度因数在 0.85～1.1 之间，其中 B1-1 的
标度因数最大，即在相同的驱动电压下可获得最强
的信号输出，选取该传感器作为测试传感器。

表 1 传感器标度因数表
Tab. 1 Transducer scale factor table
−1
编号 通道 标度因数/（mV∙g ∙V ）
−1
1 B1-1 1.095 557 960
2 B1-2 0.864 888 056
图 4 二级减振结构三维图
3 B2-1 0.982 078 475
Fig. 4 Three dimensional drawing of secondary damping
4 B2-2 0.887 725 498
structure
5 B3-1 0.947 926 547

砝码 6 B3-2 0.847 991 753
7 B4-1 0.977 284 603
信号 8 B4-2 0.863 631 293
传感器 放大 ADC 计算机
调理
为实现对微弱信号的精确测量，需要放大信号，
图 5 传感器力值标定流程示意图 实际使用时采用 18 V 以上电压驱动传感器。实际
Fig. 5 Schematic diagram of sensor force value 使用时的电压和标定电压会有微小差异，由于输出
calibration process 信号正比于驱动电压，使用表 1 的标度因数与实际

1.5 数据获取与处理系统 驱动电压的乘积作为输出电压信号和力值转换的
数据的获取通过专门研制的光压测试系统和 标度因数，保证测量精度。

数据处理软件完成，此系统还配合振动抑制系统中 2.2 实验件悬挂
的光斩波调制频率，以避开环境振动严重的频段。 如图 6 所示，重力在竖直方向，模拟太阳光入
光压信号的调制频率在几十赫兹，数据采集频 射方向在水平方向，由于实验件重力约为 100 mN，
率设在 1 kHz，满足采样要求。在断开模拟太阳光 而光压仅为 1～2 μN，相差 5 个量级，为解决重力耦
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入射条件下，测量系统环境振动信号，计算其功率谱 合至光压测量的问题，0.2 m 实验件使用悬索悬挂，
密度，获得环境影响较小的频段。通过调整伺服电 实现实验件重力与光压的解耦。

2.3 光压信号辨识和提取
机的转速将通过斩波器模拟太阳光调制到此频段，
以 OSR 实验件垂直入射为例，介绍从背景噪
此后的数据才包含调制光压信号，用于分析航天器
声中辨识和提取光压信号。
表面材料的光压特性。数据获取与处理系统负责采
200 s 的时间序列信号如图 7（a）所示。经过频
集传感器电压信号，结合实验前获得的标度因数数
谱变换，得到频域信号，如图 7（b）所示。
据和实验现场获得的驱动电压数据，获得光压力值。

由测试结果可知，现场环境干扰源较多，包括
2 GEO-SAR 卫星表面材料光压力地面测量实验研究
真空泵工作振动、人员活动、实验楼晃动、50 Hz
在舱外完成测力传感器的标定后，将测力传感 市电干扰等。测试发现 10～20 Hz 为振动干扰较弱
器和竖直摆置于减振摆之上，将表面材料待测实验 的频段，可以选为调制光压的频率。调制后的频域
件悬挂于竖直摆上，连接法兰两侧的数据线和功率 信号如图 7（c）所示。调制光压频点在 15.12 Hz，与