CN100360942C - 三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明为三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法，涉及三轴微加速度轴心差角的测试方法。本发明解决目前没有测试三轴微加速度计轴心差角的具体方法的问题。将三轴微加速度计以被测轴垂直于分度头轴线、其它两轴分别平行于分度头轴线的方向固定于分度头夹具上，分别测出被测轴水平夹角为0°、90°、180°、270°时的加速度计对应于被测轴的电压输出，代入相应公式即可测得被测轴的轴心差角。本发明首次提出了利用精密光学分度头测试三轴加速度计轴心差角的测试方法。该方法操作简单，通过对几个固定位置的输出参数的测量，即可得到各轴的轴心差角且测量结果精确，与现有测试方法相比避免了大量反复寻找、测试的过程。

Description

三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法

技术领域

本发明涉及一种三轴微加速度计特定参数的测试方法，特别涉及三轴微加速度轴心差角的测试方法，具体为三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法。

背景技术

随着微机电系统设计与工艺技术的发展，微加速度计的研究取得了令人瞩目的进步。常见的微加速度计产品都是单轴的，而微惯性系统以及其他一些应用场合往往需要双轴或者三轴的加速度计来检测加速度矢量。

由于加工、封装、安装等引入的误差，加速度计的实际输入敏感轴与其给定的输入参考轴往往不一致，它们之间的夹角称为轴心差角。为了保证静态测试过程中的精确性，在测试之前确定加速度计的轴心差角是很有必要的。现有的有关微加速度计轴心差角测试方法的书籍有董景新编著的《微惯性仪表——微机械加速度计》(清华大学出版社出版)。书中提出了用精密光学分度头实现微机械单轴加速度计的轴心差角的两点测试方法，具体步骤如下：将单轴微加速度计固定于分度头夹具上，使单轴微加速度计上给定的输入参考轴保持水平且垂直于分度头的水平轴线，此时相对于给定的输入参考轴输入的加速度为0g；将分度头旋转θ₁角(即使单轴微加速度计的输入参考轴与水平成夹角θ₁)，记录此时微加速度计的电压输出V。将分度头旋转180°，在其附近寻找另一位置，使微加速度计的电压输出仍为V，记录此时分度头的角度输出θ₂。检查θ₂-θ₁是否等于180°或-180°，如果相等，则θ₁即为加速度计的轴心差角；如果不等，将分度头的初始位置调整为

然后在重复以上步骤，在0°和180°附近反复寻找，调整，直至微加速度计两次(即在θ₁、θ₂两位置上)电压输出相同时，θ₂-θ₁等于180°。此时的θ₁就是加速度计的轴心差角。

上述的两点测试法要不断反复寻找、测量，花费比较多的时间，测试速度比较慢，比较麻烦。

目前三轴微加速度计的轴心差角没有具体的测试方法，也未见相关的文献报道。

发明内容

本发明针对目前没有测试三轴微加速度计轴心差角的具体方法的现状，提供一种三轴微加速度计轴心差角的测试方法——三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法。

本发明也利用精密光学分度头实现对三轴加速度计轴心差角的测试。

根据董景新编著的《微惯性仪表——微机械加速度计》(清华大学出版社出版)一书，在分度头上，单轴微加速度计的简化数学模型为：

U(θ)＝K₀+K₁sin(θ+θ₀)+K₂sin²(θ+θ₀)

其中，θ为单轴微加速度计以给定的输入参考轴垂直于分度头轴线状态固定于分度头夹具上时，给定的输入参考轴的水平夹角；θ₀为单轴加速度计的轴心差角；U(θ)为不同水平夹角时单轴微加速度计的输出电压值。

当θ为0°，90°，180°，270°时，

U(0°)＝K₀+K₁sin(θ₀)+K₂sin²(θ₀)      (1)

U(90°)＝K₀+K₁cos(θ₀)+K₂cos²(θ₀)     (2)

U(180°)＝K₀-K₁sin(θ₀)+K₂sin²(θ₀)    (3)

U(270°)＝K₀-K₁cos(θ₀)+K₂cos²(θ₀)    (4)

由式(1)、(2)、(3)、(4)可推导出：

根据式(5)，本发明是采用如下技术方案实现的：三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法，将三轴微加速度计以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Z轴ZRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式

可得到X轴轴心差角在X、Y平面上分量的正切值；再将三轴微加速度计以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Y轴YRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式 可得到X轴轴心差角在X、Z平面上分量的正切值；  X轴的实际轴心差角(即空间轴心差角)的正切值 $\tan {\mathrm{\θ}}_0=\sqrt{{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xy}}\right)}^2+{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xz}}\right)}^2}.$

上述给出的是测量X轴轴心差角的测试方法。Y轴和Z轴轴心差角的测量方法与X轴轴心差角的测试方法相同，即通过改变三轴微加速度计在分度头上的固定方向，就可测得Y轴和Z轴的轴心差角。

本发明首次提出了利用精密光学分度头测试三轴加速度计轴心差角的测试方法。该方法操作简单，通过对几个固定位置的输出参数的测量，即可得到各轴的轴心差角且测量结果精确，与现有测试方法相比避免了大量反复寻找、测试的过程。

附图说明

图1为三轴微加速度计X轴轴心夹角在X-Y平面测试的测试过程示意图；

图2为三轴微加速度计X轴轴心夹角在X-Z平面测试的测试过程示意图；

图3为光学分度头的结构示意图；

具体实施方式

三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法，将三轴微加速度计(2)以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线(H)、给定的输入参考Z轴ZRA平行于分度头轴线(H)的状态固定于分度头夹具(1)上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式 可得到X轴轴心差角在X、Y平面上分量的正切值；再将三轴微加速度计以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Y轴YRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式

可得到X轴轴心差角在X、Z平面上分量的正切值；X轴的实际轴心差角(即空间轴心差角)的正切值 $\tan {\mathrm{\θ}}_0=\sqrt{{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xy}}\right)}^2+{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xz}}\right)}^2}.$

通过台面插座和台体插座(通常通过滑环连接)将电源输入到加速度计，并将加速度计的输出电压引出到高精度电压表测量端。

将三轴微加速度计以给定的输入参考Y轴YRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Z轴ZRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考Y轴YRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的Y轴电压输出U(0°)_Y、U(90°)_Y、U(180°)_Y、U(270°)_Y，根据公式 可得到Y轴轴心差角在Y、X平面上分量的正切值；再将三轴微加速度计以给定的输入参考Y轴YRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考X轴XRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考Y轴YRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的Y轴电压输出U(0°)_Y、U(90°)_Y、U(180°)_Y、U(270°)_Y，根据公式

可得到Y轴轴心差角在Y、Z平面上分量的正切值；Y轴的实际轴心差角(即空间轴心差角)的正切值 $\tan {\mathrm{\θ}}_0=\sqrt{{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{YX}}\right)}^2+{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{YZ}}\right)}^2}.$

将三轴微加速度计以给定的输入参考Z轴ZRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Y轴YRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考Z轴ZRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的Z轴电压输出U(0°)_Z、U(90°)_Z、U(180°)_Z、U(270°)_Z，根据公式

可得到Z轴轴心差角在Z、X平面上分量的正切值；再将三轴微加速度计以给定的输入参考Z轴ZRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考X轴XRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考Z轴ZRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的Z轴电压输出U(0°)_Z、U(90°)_Z、U(180°)_Z、U(270°)_Z，根据公式

可得到Z轴轴心差角在Z、Y平面上分量的正切值；Z轴的实际轴心差角(即空间轴心差角)的正切值 $\tan {\mathrm{\θ}}_0=\sqrt{{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{ZX}}\right)}^2+{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{ZY}}\right)}^2}.$

Claims (1)

1、一种三轴微加速度计轴心差角的四点测试方法，其特征为：将三轴微加速度计以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Z轴ZRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式

可得到X轴轴心差角在X、Y平面上分量的正切值；再将三轴微加速度计以给定的输入参考X轴XRA垂直于分度头轴线、给定的输入参考Y轴YRA平行于分度头轴线的状态固定于分度头夹具上，旋转分度头，使给定的输入参考X轴XRA的水平夹角θ分别为0°、90°、180°、270°，分别测出对应的X轴电压输出U(0°)_X、U(90°)_X、U(180°)_X、U(270°)_X，根据公式

可得到X轴轴心差角在X、Z平面上分量的正切值；X轴的实际轴心差角的正切值 ${\tan \mathrm{\θ}}_0=\sqrt{{\left(\tan {\mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xy}}\right)}^2+{\left({\tan \mathrm{\θ}}_{0\mathrm{xz}}\right)}^2}.$

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