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摘要
测试质量是空间引力波探测仪器中惯性传感器关键组成部分，是边长46mm、质量约为2kg的正方体。为减小测试质量的质心偏离对惯性传感器精度的影响，需要对测试质量的质心偏离量精确测量。由于测试质量的质心偏离允差仅为3.75μm，以往的质心测量方法不能满足测量精度的要求，特提出通过高精度测量五线摆的扭转振动固有频率来间接测量测试质量质心偏差。本文首先通过对五线摆的动力学分析，给出了物体质心偏离量与五线摆固有频率之间的函数关系，并据此分析了固有频率测量精度需求。接着，介绍了采用衍射光栅和四象限探测器测量五线摆扭振角位移的原理。然后通过建模和电磁仿真设计了基于电磁螺线圈和永磁体的电磁驱动器。最后，给五线摆施加振幅可控的激励脉冲，根据记录的角位移数据拟合出五线摆的扭转振动固有频率。实验结果表明，在初始振幅为3×10-4rad的扭转振动情况下，五线摆的固有频率测量精度为2.66×10-5Hz，能够满足利用五线摆法测量测试质量质心偏移的需求。
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单位中国科学院大学; 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所; 高等研究院
