高g值加速度传感器校准系统的研究

描述了利用Hopkinson压杆技术产生压缩应力波,对于510~5g～210~5g加速度传感器进行校准的技术及研制的校准系统,给出了加速度传感器灵敏度系数的校准公式及数据处理方法。与美国Endevco 2270M8标准传递传感器及国产988A-60型传感器对比试验结果表明,在10~5g以下时,系统的不确定度为6%,系统的校准能力可以达到210~5g。     

基于双离心机的正弦加速度数学模型的建立

基于双离心机的线加速度计动态校准是加速度计动态校准的一种新方法,该校准方法的核心是在被校加速度计检测质量的质心处产生标准的动态加速度,如正弦加速度。文中通过推导建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型,为线加速度计的动态校准提供了理论依据。介绍了双离心机的组成原理,分析了被校加速度计检测质量质心处绝对加速度的来源,并采用矢量合成法对相对加速度、牵连加速度和哥氏加速度进行合成得出了绝对加速度的表达式,建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型。文中还对基于双离心机的线加速度计动态校准装置和线振动台进行比较,指出了前者在线加速度计动态校准中的优点。     

一种冲击加速度计校准新方法

冲击加速度计校准的传统方法有绝对法、相对法和比较法。综合相对法和比较法的优点,提出了一种校准冲击加速度计的新方法类比法。其标准加速度传感器可采用绝对法直接溯源到国家基准,并在同条件冲击作用下通过标准加速度传感器和被校加速度传感器互换,根据冲击力或动应变测量结果对被校加速度传感器幅值灵敏度、线性度与频率响应等技术参数进行校准,从而弱化了冲击力或动应变测量结果对冲击加速度校准的影响,测量准确度高。     

三球面试验方法在加速度计模型辨识中的应用

利用双轴精密离心机能产生不同加速度的特点,研究了在不同加速度半径的球面上选取测试点,应用D-最优准则辨识加速度计数学模型参数的方法,能辨识出加速度计数学模型的全部参数,解决了加速度计在转台上测试时由于信息矩阵降秩而不能辨识出模型全部参数的问题。     

加速度计高阶误差模型系数的标定方法

为了在精密离心机上准确标定加速度计的高阶误差模型系数,必须获得精确的比力输入。在分析了精密离心机动静态位姿误差对作用在加速度计输入轴上的向心加速度和重力加速度影响的基础上,采用坐标变换的方法精确计算了加速度计三个轴上的实际比力输入。加速度计在离心机上采用正倒置2位置安装方法,由离心机产生三个不同的比力输入,根据测量得到的加速度计输出数据,给出了加速度计高阶项误差模型系数的标定方法。此方法在加速度计误差模型标定中,补偿了离心机动态半径误差、动态失准角误差以及哥氏加速度对比力的影响,提高了加速度计高阶项误差模型系数的标定精度。对于其它项误差模型系数,可以采用改变安装方式的方法进行标定。     

加速度计在精密离心机上的标定方法与误差分析

为了提高加速度计非线性误差系数在离心机上的标定精度,应对离心机的误差源进行准确地分析和有效地分离。首先,通过分析双轴离心机的误差源建立了相应的坐标系,利用齐次变换法推导了加速度计在离心机上的精确比力输入并建立了加速度计的标定模型。其次,分析了相应误差项对加速度计零偏、标度因子和非线性误差项系数的标定影响,设计了加速度计在离心机上标定时的误差分离方法。最后,通过实验对加速度计的误差模型系数进行了辨识。结果表明,该方法能够准确分离出失准角误差和偏心误差,非线性误差系数的标定不确定度量级为10~(-4),能够有效提高加速度计的标定精度。     

加速度计标定中静态半径误差项的消除技术

基于离心机对线加速度计进行标定时,首先需确定加速度计有效质量中心到离心机旋转中心的距离,即静态半径。目前相关的确定方法较为繁琐,实际中难以操作。提出一种直接消除双离心机静态半径误差的测试分析方法,该方法基于加速度计在双离心机上测试标定时在正向输入和反向输入条件下其安装位置误差的对称性,将安装位置误差项引入加速度计的静态模型方程中。通过对模型方程的处理,消除了结果数据中的安装误差项,获得了不含安装误差项的加速度计标度因数计算方法,并且基于所获得的标度因数,可以计算获得安装位置误差值。对比测试验证结果表明,同个加速度计在正常安装((35)R/R_1约0.37%)和人为增大安装位置误差((35)R/R_1约5.22%)的情况下,经过消除安装位置误差项的处理,所获得的标度因数仅相差约0.036%,证明了该方法的有效性。该方法有效消除了安装位置误差对标度因数的影响,提高了标定精度,同时简化了加速度计的标定步骤。     

精密离心机的惯性组合加速度计的参数标定方法

为了实现应用精密离心机对捷联惯导系统不拆分整体标定时各加速度计误差模型系数进行精确辨识,分析了可能影响加速度计标定精度的离心机误差源进而建立了相应的坐标系.在考虑各加速度计与反转平台轴线距离的情况下,应用齐次变换法计算了各加速度计各轴实际的比力输入,结合给定的加速度计误差模型,设计了一种可辨识误差模型中全部二阶误差模型系数的测试方法.仿真结果表明,该方法经修正离心机误差后可以有效地提高所有误差模型系数的标定精度,并能给出各加速度计与反转平台轴线的距离.仿真还分析了离心机误差对标定精度的影响,结果表明:离心机误差项主要影响1号加速度计 KF、KP、KPP 的标定精度,而对于 KII、KIO 的标定无影响;另外主要影响2号加速度计 KF,KI,KII 的标定精度,以及3号加速度计 KF、KO 的标定精度.     

离心场中纵向悬臂梁的大范围分岔分析

采用打靶法研究了离心场中纵向悬臂梁的大范围失稳与分岔问题。分析结果证实：随着参数a（离心臂长与梁长之比）的变化,梁平衡解可能发生三种分岔现象。文中给出了平衡解的分岔形态,并发现了梁分岔解的单向跳跃现象,即突变现象。     

加速度计精密离心机试验的优化设计

针对加速度计精密离心机试验,提出了一种改进的D最优试验设计方法。首先,分析了加速度计在精密离心机测试时的实际量测噪声特性,在此基础上指出传统的优化设计方法,即饱和D最优试验设计,存在工程适用性问题。然后为了改善饱和D最优试验设计的适用性,并且考虑到试验代价和精度的折中关系,提出了D最优改进试验设计方案。该方案将饱和D最优试验谱点作为基本谱点,在基本谱点之间均匀插入其他谱点来降低输入加速度偏差的影响,并通过加权的方法来分配基本谱点和新增谱点的测度,权值的选取依据实际的噪声特性。最后仿真结果表明,该设计方法包含了饱和D最优设计和均匀设计的优点,能够给出更为合理的加速度计精密离心机试验方案设计。     

加速度计的全组合标定方法

阐述了在重力场上用全组合法标定单加速度计的方法,并且推导了加速度计全组合标定法测试原理。这种方法剔出了测试设备的确定性角位置误差对加速度计误差模型系数标定精度的影响,提高了加速度计的标定精度。结合上述的理论分析,对某型号加速度计进行了实际测试和误差分析,实验结果证明本方法对于提高加速度计标定精度是非常有效的。     

旋转加速度计重力梯度仪标定方法

提出一种旋转加速度计重力梯度仪标定方法,在重力梯度仪外侧空间确定的四个位置上依次放置一定质量的检测质量体,根据检测质量体在正交位置上引起的重力梯度大小相等,符号相反的关系确定出重力梯度标度系数,采用旋转重力梯度仪本体方式确定出重力梯度零位。给出了重力梯度零位和标度系数计算表达式,在重力梯度半物理仿真系统上进行了仿真试验验证,仿真结果表明,标定后重力梯度测量误差小于1E。     

基于遗传算法的加速度计免转台标定方法

针对现有的加速度计标定方法依赖于昂贵的仪器设备,导致标定成本高,提出一种低成本、操作简单的加速度计免转台标定方法。该方法通过对原始数据进行预处理,将标定问题转化为优化问题,采用遗传算法进行最优化求解得到补偿参数。通过对比试验得到:两种方法的标定相对误差在0.5%(标度因素)、3%(零偏);两种方法标定后通过加计姿态角提取的水平角误差在0.2°左右。结果表明,加速度计通过该方法经过补偿后,能够得到与传统转台标定方法相同数量级的测量精度,该方法可以有效替代传统标定方法,简化标定步骤,降低标定成本,具有重要的理论及使用价值。     

An orthotropic piezoelectric ellipsoid in a centrifugal field

A rotating ellipsoid composed of an orthotropic piezoelectric material (2mm) are considered, and the stress and electric displacement fields in this rotating ellipsoid are obtained exactly and completely. The solutions of the same problem for transversely isotropic piezoelectric material (6 mm) are also given by degenerating above results. At last, numerical examples for four kinds of media are illustrated in figures for comparison. Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872060).     

静电加速度计悬浮质量块质心偏移量在轨标定

高精度静电加速度计已广泛地应用于航天任务中,用于测量作用于航天器的非引力加速度。如果静电加速度计悬浮质量块的质心与航天器的质心安装有偏差时,重力梯度力、姿态耦合产生的干扰加速度,静电加速度计控制系统引入的干扰加速度等干扰力会夹杂在测量数据中。针对这一问题,研究了航天器小质量特性变化情况下,当静电加速度计处于动态设计良好并进入稳态后,利用静电加速度计、陀螺仪和磁强计作为敏感元件,基于非线性卡尔曼滤波理论的静电加速度计悬浮质量块质心偏移量的在轨标定。仿真结果表明,该方案的精度J向可以达到0．1mm,Y和Z向能达到0．04mm。     

旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法

旋转加速度计重力梯度仪在实际工作过程中,由于平台稳定性、旋转机构控制精度、敏感器安装误差、加速度计标度因数匹配性以及其他噪声源的存在,对高精度重力梯度测量构成严峻挑战。在诸多影响因素中,加速度计标度因数的不一致性对测量精度影响最大。本文提出一种旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法,旨在提高获取重力梯度信号的能力。该方法首先对相对两只加速度计的和输出信号以及重力梯度仪总输出信号分别进行带通滤波,然后对滤波器输出信号中含有加速度计标度因数不平衡信息信号进行幅值解调,对三组解调结果分别进行平滑处理,采用模糊PID控制算法实时反馈调整加速度计内部的电磁线圈力矩,达到调整加速度计标度因数的目的。实验测试分析表明,采用模糊PID反馈调整算法可以快速实现四只加速度计标度因数一致,相对两只加速度计标度因数调整量级可以达到10?7,两对加速度计标度因数的调整量级可以达到10?5,提高了获取重力梯度信息的能力。     

基于迭代估计的三轴加速度计温度模型参数外场标定方法

为补偿加速度计标度因数和零偏的热漂移误差,设计了一种可估计内场恒温环境下参数变化量的加速度计温度参数模型,并提出了基于迭代估计的温度模型参数外场标定方法。该方法不依赖精密的惯性测量设备和温箱,仅在重力场内对加速度计进行连续多组位置观测,充分利用加速度计冷启动过程产生的热漂移误差进行模型参数辨识,解决了加速度计温度误差特性和启动温度点相关的问题。针对加速度计测量信号为高斯白噪声的特点,建立了关于温度模型参数矢量和多组位置倾斜矢量的非线性准则函数,提出了两步迭代估计方法实现两组参数矢量的分离估计。根据不同位置下三轴加速度计输出信号粗略提取倾斜矢量,解决了迭代估计算法的初值问题。重力场内通过优化分析加速度计温度模型参数对重力值的灵敏度,设计了6组位置观测编排。实验结果表明,温度误差补偿前的重力值测量最大误差为3.62×10-4g,而温度误差补偿后重力值测量误差小于1×10-5g;同时,温度误差补偿前系统3 h纯惯性导航最大定位误差为1186 m,而温度误差补偿后最大定位误差小于600 m,从而表明提出的外场标定方法的有效性。     

空间稳定系统加速度计在线标校

三轴加速度计是惯性导航系统的核心元件之一,其误差对导航精度具有重要影响。提出一种适用于空间稳定系统的加速度计在线标校方法。在三轴加速度计十二系数误差模型基础上,推导比力的模误差与加速度计误差系数之间的关系式。设计一个五维静态Kalman滤波器进行加速度计组合误差系数的在线标定,并讨论了加速度计组合误差的补偿方法。计算机仿真和多组试验结果表明:采用所提方法,空间稳定系统加速度计误差的标校精度达到1×10-5g量级,所用加速度计的长期稳定性优于1.5×10-5g,对实现高精度导航具有实用价值。     

高精度加速度计分辨率的动态估算方法

高精度定位定向系统和重力测量系统需要高分辨率的加速度计,传统测试方法难以确定高精度加速度计的分辨率。对此,提出了一种使用双轴转台动态估算加速度计分辨率的方法,即匀速旋转调制法。将加速度计安装在双轴转台台面上,待转台调平,台面绕倾斜轴转过一个小角度后锁死,回转轴以一定的角速度旋转调制以对重力加速度分量进行细分,将加速度计的输出采样后进行FFT低通滤波,通过加速度计峰值与谷值处输出变化最大值的分析可以确定加速度计的分辨率。最后,对某型加速度计分辨率进行了实验验证,测试结果表明,当倾斜角度为0.001°,旋转调制角速率为10(°)/s,采样率为32 Hz时,输入的加速度最大变化为9.36×10-8g,加速度计敏感到的加速度变化量为1.05×10-7g。