加速度计整流误差校准方法

整流误差是衡量外部振动对加速度计性能影响的重要指标。传统的整流误差校准方法,采用单方向、纯振动的激励来进行整流误差校准。此类方法难以真实评价振动噪声的影响。通过对传统整流误差校准方法进行研究,本文提出了一种基于多方向复合加速度输入的加速度计整流误差校准方法,有效解决了加速度计整流误差的校准。     

基于离心-振动复合系统的加速度模型

复合加速度输入情况下的加速度计校准是多参数复合环境下加速度计计量测试技术的基础.本文将一种由离心机和振动台组成的复合系统引入到加速度计校准领域.离心-振动系统能够复现由恒定值加速度和正弦加速度组成的复合加速度.恒定值加速度最高可达40g,而正弦加速度频率范围是20 Hz~2 000Hz.通过推导建立了基于离心-振动系统的复合加速度模型,研究了线加速度计在复合加速度输入情况下的校准理论.文中还对复合加速度模型进行了分析,对其用于加速度计校准进行了探讨.     

过载振动复合条件下的加速度计不对称性误差

为研究过载-振动复合条件下加速度计不对称性引入误差的影响,建立了包含加速度计模型不对称性的振动整流误差数学模型,并给定相关参数进行仿真分析。分析结果表明,当过载大于等于振动加速度幅值时,可忽略加速度计不对称性引起的振动整流误差;在给定的仿真情况下,当过载小于振动加速度幅值时,加速度计不对称性引起的振动整流误差小于全部振动整流误差的1%。     

离心-振动复合校准技术研究

复合校准技术是武器装备型号项目中使用的高精度惯性器件校准的核心技术,能够在实验室模拟惯性器件“真实”的使用环境。本文针对在离心-振动条件下的加速度计复合校准问题,从系统中存在的动不平衡问题出发,建立了离心-振动复合模型并讨论了在顺臂安装和垂直安装下受到的加速度大小,给出了整个校准系统的不确定度分析。最后基于离心-振动复合校准装置进行实验验证,证明了本文所设计的校准装置和校准方法能够模拟真实的校准环境,提高校准精度。     

多方向振动加速度整流误差中非整周期采样的影响北大核心CSCD

为了评价非整周期采样对加速度计整流误差的影响,在以整周期采样对振动加速度整流误差分析方法的基础上,建立了非整周期采样对单方向振动加速度引起整流误差的数学模型,通过计算各个方向振动信号的平均值,推导了非整周期采样下多方向振动加速度引起整流误差的数学模型,并对该模型进行分析,给出了减小非整周期采样对整流误差影响的方法。在仿真中,引入整流误差的相对测量误差进行验证,证明了非整周期采样下单方向振动加速度和多方向振动加速度整流误差模型的有效性。     

基于离心机的低气压精密控制研究

针对惯性器件全量程气压灵敏度校准难题,发明了一种可抗高离心加速度的气压箱结构,并研制了离心-气压复合校准装置,实现了大g值条件下惯性器件气压特性的校准。本装置设计了两种工作模式:离心机静止时,利用真空泵、高精度压力传感器等气压精密测控系统实现离心-气压复合校准装置的精密控压;离心机工作时,通过密封技术等实现离心-气压复合校准装置保压。本装置通过对安装在离心机上的试验箱内气压进行精密控制,将高线加速度与气压环境有机结合在一起,为加速度计提供可靠的加速度、气压复合计量校准环境。实验结果验证了所设计的气压箱结构可以实现气压范围1~100 kPa,气压偏差优于10 Pa的精密控制。     

基于外差激光干涉法的三轴向振动绝对校准方法研究

与单轴向振动激励相比,三轴向标准振动台能够模拟被校三轴向加速度计的实际应用环境。利用三轴向标准振动台获取被校加速度计真实的空间响应特性,以实现被校加速度计的精确校准。立足于加速度矢量理论与三轴向加速度计的灵敏度矩阵模型,提出基于带通采样的外差激光干涉法的三轴向振动绝对校准方法,通过计算被校加速度计的灵敏度矩阵实现其校准。实验结果表明,该方法能够同时实现高精度的三轴向加速度计主轴与横向灵敏度的校准,有效地降低了校准时间与重复安装误差。     

基于相关检测技术的微加速度校准

微g值加速度计需经过校准得到阈值、分辨率、灵敏度和幅频特性等性能参数方可使用。微加速度校准可通过数学摆台来复现标准微加速度,但同时装置基础振动等所带来的环境噪声远高于其复现的加速度,需对加速度计输出的微弱信号进行提取。本文介绍了微加速度计校准装置的校准原理,推导了其复现加速度幅值数学模型,介绍了微弱信号的相关检测技术,说明了其理论基础和实现方法,通过数学摆台和相关检测方法实现了微加速度计的校准。     

MEMS加速度计重力法校准的实验研究

在低频范围内,受到振动位移的限制,标准振动台输出的加速度很小,致使被校加速度计的信噪比较低,产生较大的校准误差。地球重力法通过改变被校加速度计的灵敏轴与重力场的夹角,可以在低频范围内生成高达1g的加速度。本文根据这一特性设计了地球重力法校准系统,通过信号采集仪实时采集转动过程中MEMS加速度计的输出电压,并计算出在该转动频率下MEMS加速度计的灵敏度。     

基于正弦激励的压电加速度计模型参数辨识

针对压电加速度计常规校准无法完全满足实际机械动态量测量要求的问题,采用基于加速度计模型参数校准的方法。参数未知的线性二阶微分方程用来表示加速度计动态特性,利用绝对法振动校准加速度计频率响应数据,采用最小二乘算法确定了未知的参数的值,同时利用蒙特卡罗法确定了参数值的不确定度。最后对加速度计进行了瞬态冲击加速度校准,计算辨识所得模型在相同冲击激励下的预测输出。结果表明:瞬态冲击加速度校准与计算辨识模型结果相差不超过1%。     

Testing Vibration Rectification Error with Vibrafuge

Investigation of this paper is a preliminary to the calibration of vibration rectification error (VRE) with multiple inputs. Considering the accelerometers stimulated by vibration and intended input, present testing methods for VRE cannot evaluate the exact influence of vibration. For measuring VRE caused by concurrent constant and vibratory accelerations, a multi-component mechanical system called vibrafuge was introduced. At first, combined accelerations produced by the vibrafuge was deduced by homogeneous coordinate transformation. Validation of testing VRE with vibrafuge is done by the equation of the combined accelerations. Then a general expression of the VRE caused by the combined accelerations was derived from a model of the accelerometer under test. Based on the VRE model, linear relation between the constant acceleration and VRE was testified by theoretical and numerical analysis.     

基于加速度计阵列的六自由度振动台测试方法研究

目前多自由度振动台缺乏方便有效的多自由度振动测试手段,通过探讨基于加速度传感器的六自由度振动测试方法,提出基于4只三向加速度计的加速度计阵列构型,依据六自由度运动系统方程对该构型的运动状态进行了理论推导,并设计了具体的封装方法,最后对封装的加速度计阵列构型进行了多自由度振动测试试验验证。试验结果表明:所提出的基于4只三向加速度计的加速度计阵列构型能够对角加速度进行测试与还原,简易可靠,可以作为多自由度振动的测试手段。本文提出的加速度计陈列构型有望被推广应用于现场低频振动测量或校准工作中。     

基于地球重力法的低频加速度计校准

ISO 16063-16描述的地球重力法只能用于低频加速度计灵敏度幅值静态校准, 无法用于灵敏度幅值与相位的动态校准。采用机器视觉方法测量激励加速度相位,并得到对应时刻的加速度计输出信号相位,该方法可同时实现基于地球重力法的灵敏度幅值与相位动态校准。该方法测量时由转台为被校加速度计提供峰值恒定为1g的正弦激励加速度,有效避免了低频时微小激励加速度引起的加速度计输出低信噪比信号对校准精度的影响。实验结果表明,地球重力法可实现从静态(DC)至10Hz范围内的灵敏度幅值与相位高精度校准。     

An Auto-Calibration Approach to Robust and Secure Usage of Accelerometers for Human Motion Analysis in FES Therapies

A Functional Electrical stimulation (FES) therapy is a common rehabilitation intervention after stroke, and finite state machine (FSM) has proven to be an effective and intuitive FES control method. The FSM uses the data information generated by the accelerometer to robustly trigger state transitions. In the medical field, it is necessary to obtain highly safe and accurate acceleration data. In order to ensure the accuracy of the acceleration sensor data without affecting the accuracy of the motion analysis, we need to perform acceleration big data calibration. In this context, we propose a method for robustly calculating the auto-calibration gain using redundant acceleration vectors, and then calibrating the data generated by the accelerometer based on the calculated gain. The selection of the acceleration vector involved in the gain calculation is demonstrated by different experiments. The results show that the auto-calibration gain calculated after calibration is very close to 1, and the error is significantly less than before calibration, which indicates that the accelerometer unit is well calibrated.     

离心机误差对陀螺加速度计K2和K3项标定精度的影响

为了准确标定陀螺加速度计的二阶非线性误差系数K2与三阶非线性误差系数K3,首先在带反转平台的离心机上建立坐标系,进而在考虑离心机误差源的基础上,推导出了陀螺加速度计上的精确比力输入和角速度输入,再根据陀螺加速度计的误差模型,给出了离心机各个误差源对K2、K3项标定误差的贡献．仿真试验给出了各误差项对于K2、K3项标定的具体影响大小,可通过误差补偿提高陀螺加速度计K2、K3项的标定精度,并且给出了不同精度加速度计在进行标定时要重点考虑的离心机误差项：同时仿真表明。采用带反转平台的离心机对陀螺加速度计进行标定时可以不进行加速度计调心：另外,主轴速率与反转平台回转轴角速度矢量大小不完全相等,方向不完全相反对标定结果几乎无影响．