CN100573156C - 用于在闭环加速度计中减小振动校正误差的方法和设备 - Google Patents

用于在闭环加速度计中减小振动校正误差的方法和设备 Download PDF

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Abstract

用于最小化闭环加速度计的振动校正误差(VRE)的系统和方法。在一个实施例中，该方法包括沿第一轴将已知的振动信号施加给闭环加速度计和调整反馈增益设置直到VRE低于第一阈值。在调整了反馈增益设置后，沿第一轴将随机振动信号施加给闭环加速度计和调整伺服系统比例增益值直到VRE低于第二阈值。

Description

用于在闭环加速度计中减小振动校正误差的方法和设备
相关申请的交叉引用
本发明要求于2004年9月28日提交的序列号为60/613,864的美国临时申请的利益，其内容在此结合作为参考。
技术背景
振动校正误差(Vibration Rectification Error，VRE)常见于加速度计中。如果不补偿VRE，则加速度计的性能被降低。
因此，需要一种用于最小化闭环加速度计的VRE的方法和设备。
发明内容
本发明提供用于最小化闭环加速度计的振动校正误差(VRE)的系统和方法。在一个实施例中，该方法包括沿第一轴将已知的振动信号施加给闭环加速度计并调整反馈增益设置直到VRE低于第一阈值。在已经调整了反馈增益设置后，沿第一轴将随机振动信号施加给闭环加速度计并调整伺服系统比例增益值直到VRE低于第二阈值为止。
附图说明
下面将参考随后的附图详细地描述本发明的优选的和替代的实施例。
图1示出了闭环加速度计的实例；
图2-4示出了说明用于最小化图1中所示的闭环加速度计的振动校正误差的实例过程的流程图；和
图5示出了在根据图24中所示的过程对振动校正误差调整之前和之后闭环加速度计的响应。
具体实施方式
图1示出了闭环加速度计系统20。系统20包括加速度计30、位置测量电路32、控制器34、开关逻辑36、KL倍增器48和KU倍增器50。加速度计30包括与位置测量电路32处于信号通信的位置检测器40。加速度计30还包括分别被耦合到倍增器50和48的上和下恢复力致动器(actuator)42和44。加速度计30还包括通过挠性梁56被附着到固定基底54上的惯性质量块(proofmass)52。
在系统20的操作期间，将加速度负载施加给加速度计30，由此惯性质量块52在经历过的加速度负载方向上弯曲。位置测量电路32基于从检测器40所发送的信号确定惯性质量块52的位置。控制器34基于惯性质量块52的所确定的位置产生恢复力信号。
开关逻辑36根据由控制器34输出的信号向倍增器48或50之一发送恢复力信号。然后为了使惯性质量块52在加速度计30内位于中心，致动器42或44给惯性质量块52施加恢复力。系统20基于恢复力信号的电压电平或电流电平的任意之一报告被施加给惯性质量块52的加速度负载。
本发明包括用于调整KL或KU的值，然后调整在控制器34中使用的用于最小化振动校正误差(VRE)影响的KP的值的方法和系统。KP是比例增益值，KI是伺服系统积分增益值。方程(1)显示了控制器34的输出：
KI∫xdt+KPx    (1)
x---惯性质量块位移量
控制器34将所感测的距离值转换成恢复力信号。
在一个实施例中，自动增益值调整装置60与控制器34、倍增器48和50处于数据通信。装置60包括用于执行程序代码的处理器和存储器，所述程序代码分析控制器34的输出并自动地调整增益值以便减小VRE。装置60执行图2-4中所示的过程。在另一实施例中，由操作员基于对已确定的VRE的分析手动地进行调整增益值(参见下面详细的例子)。
图2描述了用于最小化如图1所示的加速度计30所经历的VRE的影响的实例过程70。过程70首先在框72开始，由此将加速度计30安装在振动台上。接下来在框80，使用已知的振动信号调整KL或KU。这在下面在图3中进行了更详细的描述。
然后在框86，使用随机振动信号调整KP。这在下面在图4中进行了更详细的描述。
图3示出了如在图2所示的过程70的框80中所述的用于调整KL和KU的实例过程。首先，在框106，以具有振幅A、频率f的已知正弦频率振动加速度计30。接下来在框110，测量VRE。然后在判定框112，过程80确定所测量的VRE是否低于可接受的阈值。如果在判定框112，VRE不低于可接受的阈值，则改变KL的值，见框114。过程然后返回到框106。如果在判定框112，VRE被测量低于可接受的阈值，则过程70的该部分完成。
图4示出了在图2所示过程70的框86处所执行的过程。首先，在框118，给加速度计30施加随机振动。然后在框120，测量加速度计30的VRE。如果在判定框122，VRE不低于可接受的阈值，则在框126改变KP的值并且过程返回到框118。然而，如果在判定框122，VRE低于可接受的阈值，则过程70的该部分完成。
一旦过程70完成，则由于在已经调整了KL或KU后调整KP，VRE已被最小化。在具有多于一个加速度计的系统中，对未测试的加速度计重复过程70。
图5示出了在执行了图2所示过程70之前和之后加速度计的实例响应。
虽然如上描述和说明了本发明的优选实施例，但是可以作出很多改变而并不脱离本发明的精神和范围。例如，加速度计30是可以由硅、石英、熔融石英或者能够使用静电学、磁场、压电效应或任何其它手段形成它的再平衡力的任何其它材料制成的微机械(MEMS)装置或非微机械(non-MEMS)装置。因此，本发明的范围不限于优选实施例的公开。相反，本发明应该完全参考随后的权利要求来确定。

Claims (7)

1、用于最小化闭环加速度计的振动校正误差(VRE)的方法，所述方法包括：
调整反馈增益设置直到VRE低于第一阈值，
调整伺服系统比例增益值直到VRE低于第二阈值，
沿第一轴将已知的振动信号施加给闭环加速度计，和
沿第一轴将随机振动信号施加给闭环加速度计。
2、如权利要求1的方法，其中第一阈值与第二阈值是相等的。
3、如权利要求1的方法，其中已知的振动信号包括已知的频率和振幅。
4、如权利要求1的方法，其中调整反馈增益设置和调整伺服系统比例增益值是自动被执行的。
5、用于最小化闭环加速度计的振动校正误差(VRE)的系统，所述系统包括：
位置测量部件，用于测量闭环加速度计的惯性质量块的位置；
与位置测量部件耦合的控制器，用于基于惯性质量块的所测量的位置和预置的伺服系统比例增益设置产生致动器信号；以及
至少一个反馈增益部件，用于根据相关的预置的反馈增益设置改变所产生的致动器信号；
其中当将已知的振动信号施加给闭环加速度计时调整反馈增益设置以最小化VRE；
其中当在调整了反馈增益设置以最小化VRE后将随机振动信号施加给闭环加速度计时调整伺服系统比例增益设置以最小化VRE。
6、用于最小化闭环加速度计的振动校正误差(VRE)的系统，所述系统包括：
位置测量部件，用于测量闭环加速度计的惯性质量块的位置；
与位置测量部件耦合的控制器，用于基于惯性质量块的所测量的位置和预置的伺服系统比例增益设置产生致动器信号；
至少一个反馈增益部件，用于根据相关的预置的反馈增益设置改变所产生的致动器信号；以及
与该控制器和该至少一个反馈增益部件耦合的基于计算机的装置，该基于计算机的装置包括：
第一部件，用于当将已知的振动信号施加给闭环加速度计时调整反馈增益设置以最小化VRE；以及
第二部件，用于当在调整了反馈增益设置以最小化VRE后将随机振动信号施加给闭环加速度计时调整伺服系统比例增益设置以最小化VRE。
7、如权利要求6的系统，其中第一部件和第二部件自动地执行调整。
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