GB/T 43939-2024 宇航用石英挠性加速度计伺服电路通用测试方法

　　ICS 49. 035 CCS L 55

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43939—2024

　　宇航用石英挠性加速度计伺服电路

　　通用测试方法

　　Generaltestmethodsforservo circuitsofquartz flexibleaccelerometers

　　forspaceapplications

　　2024-04-25发布 2024-08-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43939—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 一般要求 2

　　4. 1 被测电路 2

　　4. 2 测试仪器和设备 2

　　4. 3 测试环境 3

　　4. 4 测试人员 3

　　5 测试方法 3

　　5. 1 静态电流(IDD) 3

　　5. 2 输出噪声电压(VN ) 4

　　5. 3 +1g输出电压(Vog+ ) 5

　　5. 4 -1g输出电压(Vog- ) 6

　　5. 5 输出直流饱和电压(Vsat) 6

　　5. 6 最大输出电流(Imax) 7

　　5. 7 峰值输出电压(Vop) 8

　　5. 8 阶跃响应 9

　　5. 9 频率特性 12

　　5. 10 辐照 13

　　Ⅰ

　　GB/T 43939—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 :西安微电子技术研究所 、中国航天时代电子有限公司 。

　　本文件主要起草人 :朱骏 、王俊峰 、郑东飞 、阮晓明 、徐鑫 、张明 、万欢欢 、胡巧玉 、刘征宇 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43939—2024

　　宇航用石英挠性加速度计伺服

　　电路通用测试方法

　　1 范围

　　本文件描述了石英挠性加速度计伺服电路(以下简称 “电路 ”)参数测试方法 。

　　本文件适用于石英挠性加速度计伺服电路参数的测试 ,其他加速度计伺服电路参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB 50611—2010 电子工程防静电设计规范

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　加速度计 accelerometer

　　能将加速度量转换为电容差 ,与伺服电路一起构成加速度传感器的机械装置 。

　　注 : 石英挠性加速度计伺服电路需要匹配加速度计进行测试 。

　　3.2

　　静态电流 quiescentcurrent

　　加速度计处于 0g(g代表地球重力加速度) 状态 ,且没有其他输入信号激励时 ,经电源端流入被测电路的电流 。

　　3.3

　　输出噪声电压 outputnoisevoltage

　　由于电路本身的噪声或干扰 ,在输出端产生的交流电压 。

　　3.4

　　+ 1g输出电压 + 1goutputvoltage

　　当加速度计处于 +1g状态 ,在电路输出端采样电阻上测得的直流电压值 。

　　3.5

　　- 1g输出电压 - 1goutputvoltage

　　当加速度计处于 -1g状态 ,在电路输出端采样电阻上测得的直流电压值 。

　　3.6

　　输出直流饱和电压 theself-testsaturation outputvoltage

　　电路所能输出的最大直流电压值 。

　　1

　　GB/T 43939—2024

　　3.7

　　最大输出电流 maximum outputcurrent

　　电路本身能输出的最大电流值 。

　　3. 8

　　谐振频率 resonance frequency

　　能使电路处于谐振状态的激励信号频率 。

　　3.9

　　振荡度 oscillation degree

　　电路谐振频率点对应的增益与低频(初始频率)时的增益之比 。

　　3. 10

　　带宽 bandwidth

　　相对低频(初始频率)时增益下降 3 dB所对应的输入信号频率值 。

　　3. 11

　　峰值输出电压 peak outputvoltage

　　电路本身能输出的不失真的最大交流电压值 。

　　4 一般要求

　　4. 1 被测电路

　　被测电路应至少包含表 1 中规定的端 口 。

　　表 1 电路端口定义

　　序号

　　端口名称

　　符号

　　端口定义

　　1

　　力矩器低

　　ML

　　输出端 。应用或测试时 ,通常连接加速度计的力矩器低端

　　2

　　力矩器高

　　MH

　　输出端 。应用或测试时 ,通常连接加速度计的力矩器高端

　　3

　　负电源

　　Vee

　　接负电源

　　4

　　正电源

　　Vcc

　　接正电源

　　5

　　地

　　GND

　　接地

　　6

　　自检端

　　Tf

　　输入端 。通常用于电路 Vsat参数测试

　　7

　　差动电容检测端 1

　　C1

　　输入端 。应 用 或 测 试 时 , 通 常 连 接 加 速 度 计 的 电 容 极 板端 1

　　8

　　差动电容检测端 2

　　C2

　　输入端 。应 用 或 测 试 时 , 通 常 连 接 加 速 度 计 的 电 容 极 板端 2

　　4.2 测试仪器和设备

　　测试所使用的仪器和设备包括直流电源 、数字万用表 、示波器 、信号源 、加速度计等 ,要求如下 :

　　a) 测试仪器或设备应经过计量检定/校准并在有效期内 ,准确度 、精度应符合测试要求 ;

　　b) 测试仪器或设备的频率范围和量程应符合测试要求 ;

　　c) 测试仪器或设备应按使用要求进行预热 ;

　　2

　　GB/T 43939—2024

　　d) 测 试 时 仪 器 和 设 备 应 良 好 接 地 , 并 做 好 相 关 静 电 防 护 , 测 试 工 作 台 的 防 静 电 应 符 合GB 50611—2010的规定 ;

　　e) 电路测试应连接加速度计 ,加速度计端口定义如图 1所示 。

　　标引符号说明 :

　　① — 电容极板端 1;

　　② — 电容极板端 2;

　　③ — 力矩器低 ;

　　④ — 力矩器高 ;

　　⑤ — 地 。

　　图 1 加速度计示意图

　　4.3 测试环境

　　除另有规定外 , 电测试环境应满足下列条件 :

　　a) 环境温度 : -55 ℃ ~ +125 ℃ ;

　　b) 环境气压 :86kPa~ 106kPa;

　　c) 环境湿度 :45%RH~ 65%RH。

　　4.4 测试人员

　　测试人员要求如下 :

　　a) 测试操作人员应熟练掌握各相关测试仪器 、设备的使用方法 , 清楚各种测试项 目及数据判读准则 ;

　　b) 测试人员应采取静电防护措施 ,如穿着防静电服 、防静电鞋 、佩戴静态腕带等 。

　　5 测试方法

　　5. 1 静态电流(IDD )

　　5. 1. 1 目的

　　静态条件下 ,测试被测电路消耗的电流 。

　　5. 1.2 测试原理图

　　测试原理图如图 2所示 。

　　3

　　4

　　GB/T

　　

　　43939—2024

　　

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1 — 双路直流电源 ;

　　A1、A2 — 电流表 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 2 静态电流测试原理图

　　5. 1.3 测试条件

　　应规定下列测试条件 :

　　a) 环境温度 ;

　　b) 电源电压值 。

　　5. 1.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 2进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 0g状态 ;

　　c) 读取电流表 A1、A2的电流值 , 即为 IDD 。

　　5. 1.5 注意事项

　　电源电压以端口电压为准 。

　　5.2 输出噪声电压(VN )

　　5.2. 1 目的

　　测试电路输出电压的交流有效值 。

　　5.2.2 测试原理图

　　测试原理图如图 3所示 。

　　GB/T 43939—2024

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1 — 双路直流电源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB3 — 数字万用表 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 3 测试原理图

　　5.2.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.2.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 3进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 0g状态 ;

　　c) 读取 TB3的交流电压值 , 即为 VN 。

　　5.3 + 1g输出电压(Vog+ )

　　5.3. 1 目的

　　测试加速度计处于 +1g状态下电路输出值 。

　　5.3.2 测试原理图

　　测试原理图如图 3所示 。

　　5.3.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5

　　GB/T 43939—2024

　　5.3.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 3进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 +1g状态 ;

　　c) 读取 TB3的直流电压值 , 即为 Vog+ 。

　　5.4 - 1g输出电压(Vog- )

　　5.4. 1 目的

　　测试加速度计处于 -1g状态下电路输出值 。

　　5.4.2 测试原理图

　　测试原理图如图 3所示 。

　　5.4.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.4.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 3进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 -1g状态 ;

　　c) 读取 TB3的直流电压值 , 即为 Vog- 。

　　5.5 输出直流饱和电压(Vsat)

　　5.5. 1 目的

　　采用电信号模拟输入的方法 ,测试被测电路的最大直流电压输出能力 。

　　5.5.2 测试原理图

　　测试原理图如图 4所示 。

　　6

　　GB/T 43939—2024

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1 — 双路直流电源 ;

　　TB2 — 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB3 — 数字万用表 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 4 输出直流饱和电压测试原理图

　　5.5.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.5.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 4进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 0g状态 ;

　　c) 分别读取当 TB2输出信号 VI 等于 Vcc和 Vee时 ,TB3的直流电压值 , 即为 Vsat。

　　5.6 最大输出电流(Imax)

　　5.6. 1 目的

　　测试电路的电流输出(量程)能力 。

　　5.6.2 测试原理图

　　测试原理图如图 5所示 。

　　7

　　GB/T 43939—2024

　　标引符号说明 :

　　TB1— 双路直流电源 ;

　　TB2— 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB3— 数字万用表 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(200±10) Ω。

　　图 5 最大输出电流测试原理图

　　5.6.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.6.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 5进行连接 ;

　　b) 分别读取当 TB2输出信号 VI 等于 Vcc和 Vee时 ,TB3的直流电压值 Vo ;

　　c) 按公式(1)计算 Imax。

　　Imax = ……………………( 1 )

　　式中 :

　　Imax— 最大输出电流 ,单位为安培(A) ;

　　Vo — 直流电压值 ,单位为伏特(V) ;

　　R — 图 5 中 RL 的阻值 ,单位为欧姆(Ω) 。

　　5.7 峰值输出电压(Vop)

　　5.7. 1 目的

　　测试电路交流信号的输出能力 。

　　5.7.2 测试原理图

　　测试原理图如图 6所示 。

　　8

　　GB/T 43939—2024

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1— 双路直流电源 ;

　　TB2— 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB3— 数字万用表 ;

　　TB5— 正弦波失真度测试仪 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ;

　　R — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 6 峰值输出电压测试原理图

　　5.7.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.7.4 测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 6进行连接 ;

　　b) 将加速度计置于 0g状态 ;

　　c) 被测电路加上频率为 200 Hz的正弦波信号 Vi,调节信号幅度 ,从示波器上观测输出波形 , 当输出波形达到最大幅度且不失真时 ,此时从 TB3上读出交流电压值 Vo';

　　d) 按公式(2)计算 Vop。

　　Vop = 2 Vo' ……………………( 2 )

　　式中 :

　　Vop— 峰值输出电压 ,单位为伏特(V) ;

　　Vo'— 交流电压值 ,单位为伏特(V) 。

　　5. 8 阶跃响应

　　5. 8. 1 目的

　　在阶跃电信号输入情况下测定电路的超调量(σ) 、振荡次数(n)指标 。

　　9

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　　5. 8.2 测试原理图

　　测试原理图如图 7所示 。

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1— 双路直流电源 ;

　　TB2— 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB4— 示波器 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ;

　　R — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 7 阶跃响应测试原理图

　　5. 8.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5. 8.4 测试程序

　　测试程序如下 。

　　a) 将被测电路按图 7进行连接 。

　　b) 将加速度计置于 0g状态 。

　　c) 被测电路加上频率 50 Hz的方波信号 Vi,从 TB4上得到阶跃响应曲线 ,波形示意图如图 8 所示 ,读取 n(稳态值 ±5%以内) 。

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　　标引序号说明 :

　　1— 第一次振荡 ;

　　2— 第二次振荡 ;

　　3— 第三次振荡 。

　　图 8 n 测试波形示意图

　　d) 按公式(3)计算超调量 σ。

　　……………………( 3 )

　　式中 :

　　y(t1 ) — 图 9所示波形的稳态值 ,单位为伏特(V) ;

　　y(t2 ) — 图 9所示波形的最大值 ,单位为伏特(V) 。

　　图 9 σ 测试波形示意图

　　11

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　　5.9 频率特性

　　5.9. 1 目的

　　测定电路的振荡度(OSCR) 、谐振频率(f0 )和带宽(BW)指标 。

　　5.9.2 测试原理图

　　测试原理图如图 10所示 。

　　标引符号说明 :

　　A — 加速度计 ,端口定义见图 1;

　　TB1— 双路直流电源 ;

　　TB2— 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB3— 数字万用表 ;

　　TB4— 示波器 ;

　　RL — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ;

　　R — 电阻 , 阻值为(1. 00±0. 05)kΩ。

　　图 10 频率特性测试原理图

　　5.9.3 测试条件同 5. 1. 3。

　　5.9.4 测试程序

　　测试程序如下 。

　　a) 将被测电路按图 10进行连接 。

　　b) 将加速度计置于 0g状态 。

　　c) 被测电路加上规定的正弦波信号 Vi,调节信号频率为 20 Hz,从 TB3上读取频率 20 Hz时的交流电压 Vo1 ,再使频率从 20 Hz~ 2 200 Hz逐渐变化 ,从 TB3上读取此频率段的交流电压最大值 Vo2,此时对应的正弦波频率值即为谐振频率 f0, 同时按公式(4)计算振荡度 OSCR。

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　　OSCR ……………………( 4 )

　　式中 :

　　OSCR — 振荡度 ;

　　Vo1 — 交流电压值 ,单位为伏特(V) ;

　　Vo2 — 交流电压值 ,单位为伏特(V) 。

　　d) 被测电路加上规定的正弦波信号 Vi,调节信号频率为 20 Hz,从 TB3上读取频率 20 Hz时的

　　0. 707Vo1时 ,此时对应的正弦波频率数值即为带宽 BW( -3dB) 。

　　交流电压 Vo1 ,再使频率从 20 Hz~ 2 200 Hz逐渐变化 ,读取 TB3上交流电压值 Vo3 , 当 Vo3 =

　　5. 10 辐照

　　5. 10. 1 目的

　　测试电路在辐照环境下能否正常工作或在经历了辐照环境后 , 电路的性能指标的变化量 。

　　5. 10.2 测试原理图

　　辐照过程测试原理图如图 11所示 。

　　标引符号说明 :

　　TB1— 双路直流电源 ;

　　TB2— 信号源 ;

　　U — 被测电路 ,端口定义见表 1;

　　TB4— 示波器 ;

　　RL — 电阻阻值为(200±10) Ω;

　　C — 电容 ,容值为(56. 0±5. 6)pf。

　　图 11 辐照测试原理图

　　5. 10.3 辐照过程中测试条件

　　相关文件应规定下列条件 :

　　a) 辐照环境试验条件 ;

　　b) 电源电压值 。

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　　GB/T 43939—2024

　　5. 10.4 辐照过程中测试程序

　　测试程序如下 :

　　a) 将被测电路按图 11进行连接 ;

　　b) 被测电路加上 400 Hz、10Vpp 的正弦波信号 Vi ;

　　c) 从 TB4观测输出信号 。

　　5. 10.5 辐照后测试

　　辐照试验后测试按照 5. 1~ 5. 9规定执行 。

　　5. 10.6 注意事项

　　辐照试验过程中电路的测试注意事项如下 。

　　a) 辐照前 、后电路的电参数测试项目按相关规定执行 。

　　b) 辐照前 、后的电参数测试应在同一测试系统上进行 ,且测试项 目 的顺序和测试条件应保持不变 。 电参数测试宜采用移位测试 ,将被试电路从辐照源移至异地测试以及返回原位再作辐照的过程中 ,环境温度不应比辐照时的环境温度高 10 ℃ 。

　　c) 辐照完毕到电参数开始测试的时间间隔应不超过 1 h;辐照后被试电路置于干冰环境(温度不高于 -60℃)保存 ,要求被试电路各端口短接 , 时间应不超过 72 h,要求被试电路从干冰保存环境恢复到室温测试的时间不超过 30 min;从前一次辐照后到后一次辐照开始之间的时间间隔应不超过 2 h。

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