CN102253240B - 一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其步骤如下：1.石英挠性加速度计高温步进应力试验；2.石英挠性加速度计低温步进应力试验；3.石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验；4.石英挠性加速度计振动步进应力试验；5.石英挠性加速度计安全使用边界确定：根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界。本发明利用强化试验方法，既考虑了加速度计功能特性，又考虑了加速度计性能参数变化特性，给出石英挠性加速度计的安全使用边界，缩短了试验时间，并为石英挠性加速度计的加速寿命试验或加速退化试验应力条件的选取提供依据。

Description

一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法

技术领域

本发明提供一种石英挠性加速度计安全使用边界的确定方法，特别是涉及一种基于性能参数变化和强化试验的石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，属于可靠性加速试验技术领域。

背景技术

石英挠性加速度计是目前广泛应用于导弹、卫星、火箭等飞行器上的高精度惯性器件。面对产品研制周期紧，费用控制要求高的局面，为了提高试验效率、缩短试验周期、减少试验费用，加速试验技术成为可靠性试验技术领域一个非常重要的发展方向。其中，加速试验技术中的一个重要环节和内容是强化试验技术。强化试验主要是激发产品的设计缺陷或薄弱环节，另一个重要的作用是确定产品的设计极限、工作极限以及破坏极限等定量参数，并判断所施加的环境应力是否为影响产品参数变化的主环境应力，为进行加速度计加速退化试验或加速寿命试验提供前期指导。在已有的强化试验文献中，一般以产品功能好坏为标准作为确定极限的判据，主要研究了强化试验应力的激发效率、应力与诱发故障模式的关系、工程应用中试验步骤与剖面制定技术等方面的问题。通过对现有技术的查新，国内外还没有基于石英挠性加速度计性能参数变化来确定应力安全使用范围的强化试验方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的问题，提供一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，它是一种基于性能参数变化和强化试验的石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，为了能够确定出石英挠性加速度计加速退化试验或加速寿命试验中的安全使用边界的目的。

本发明是采用以下技术方案实现的，一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其步骤如下：

步骤一：石英挠性加速度计高温步进应力试验

a.确定高温步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计工作温度设定初始温度，并设定步长、温度变化速率(不超过5℃/min)、每一步长停留时间，确保试验样件的温度达到热平衡。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱温度由剖面初始温度开始，以设定步长逐步向上增温；在剖面的每个温度台阶下，当达到该步长停留时间后，对箱内的加速度计通电进行功能测试，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出。之后，将温箱温度恢复到常温，将加速度计从温箱中取出，装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一温度台阶的高温试验。

f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温度值，确定上一台阶温度为加速度计的高温工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到前一个台阶温度，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障。继续下一台阶试验，当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到前一个台阶温度或常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号均依旧异常，则此时在该台阶温度发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温度为加速度计的高温破坏极限。

g.如果加速度计达到破坏极限或者试验达到温箱设备极限，则试验结束。

h.如果试验达到温箱设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则将设备极限确定为产品的工作极限。

步骤二：石英挠性加速度计低温步进应力试验

其步骤同步骤一石英挠性加速度计高温步进应力试验的所有步骤。

步骤三：石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验

a.确定快速温度变化步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计高温步进应力试验和低温步进应力试验确定的高温工作极限和低温工作极限作为快速温度变化试验剖面的高温、低温值，剖面初始温度为常温，起始温变率采用10℃/min，在高温和低温温度分别保持时间为1h，确保试验样件的温度达到热平衡，温变率步长为5℃/min，每个步长的循环次数为3次。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱运行程序为初始温变率下的温度循环剖面，加速度计处于非工作状态。在高温温度和低温温度达到保持时间使温度达到热平衡后，将加速度计通电进行功能测试，并记录+1g时的信号输出。如果功能测试信号输出正常，则继续试验，当经历完一个温变率台阶的三个循环后，恢复到常温，将加速度计从温箱中取出装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一个温变率台阶的试验。

f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温变率值，确定上一台阶温变率为加速度计的温变率工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到常温，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，则设定上一个台阶温变率为加速度计的温变率使用极限。当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号依旧异常，则此时在该台阶温变率发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温变率为加速度计的温变率破坏极限。

g.如果加速度计达到破坏极限，则试验结束。

h.如果试验样件在温箱最高温变率的情况下进行3次温循后，性能参数的精度没有超出规定范围，则按照最高温变率继续进行试验，如果超出范围试验截止，记录循环次数；如果超过10次温循还未超出范围，试验截止，并将加速度计的温变率工作极限值确定为这个台阶和上一个台阶温变率的平均值。

步骤四：石英挠性加速度计振动步进应力试验

a.确定振动步进应力试验剖面：石英挠性加速度计的振动步进应力试验选用随机振动，振动量级采用步进方式，初始振动量级为3gRMS，步长为3gRMS，每个振动量级保持时间为10min。针对不同目的需要选取不同的随机振动功率谱密度剖面。石英挠性加速度计加速稳定工艺的振动剖面采用20Hz～2000Hz的筛选谱对加速度计输出轴进行振动；石英挠性加速度计的加速退化试验或加速寿命试验中的振动量级安全使用范围，采用10Hz～500Hz的运输谱对加速度计输出轴进行振动。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将石英挠性加速度计安装在振动试验台的专用工装上，保证振动方向为输出轴，工装夹具与振动台之间为刚性接触；并设定振动台运行程序为对应的功率谱密度剖面，从初始振动量级开始。

e.在剖面的每个振动量级台阶下，对加速度计通电进行功能测试，观察加速度计信号输出值是否正常；当达到该步长振动时间后，停止振动，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出。振动停止后，将加速度计装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

f.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则安装到振动台上继续进行下一台阶振动量级的试验。

g.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的振动量级，确定上一台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使振动停止，测试加速度计的功能输出信号，如果依旧异常，则此时在该台阶发生了不可恢复故障，确定上一个台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动破坏极限。

h.如果加速度计达到振动破坏极限，则试验结束。

i.如果试验达到振动台设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则在最高振动量级条件下依次增加振动时间为0.5h，1h，1.5h继续进行试验，如果超出范围试验截止；如果最高振动量级下振动1.5h性能参数还未超出范围，试验截止，将设备极限确定为该振动剖面下的加速度计振动工作极限。

步骤五：石英挠性加速度计安全使用边界确定

根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界，由此分别确定了石英挠性加速度计的高温工作极限、低温工作极限、温变率工作极限和振动工作极限，可以为石英挠性加速度计加速寿命试验或加速退化试验的应力范围提供了使用依据。

其中，在步骤一至步骤四中所述的性能参数测量方法，按照《GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法》进行，其具体步骤如下：

1)加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致(一般为2.5kgf·cm)。

2)通电后，将温控包的温度升至55℃±0.2℃，并保持30min。

3)达到保持时间后，测试采样电阻：将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R。

4)测试输出信号噪声：将数字电压表置于交流电压档直接读出。之后将数字电压表置于直流电压档。

5)将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作U₀，U₉₀，U₁₈₀，U₂₇₀，然后端齿盘转回到0°。

根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏K₀、标度因数K₁和非线性系数K₂。

K₁＝(U₉₀-U₂₇₀)/2         标度因数，单位：V/g；

K₀＝(U₀+U₁₈₀)/2K₁        零偏，单位：mg

$K_2=\frac{-U_0+U_{90}-U_{180}+U_{270}}{2K_1}$ 非线性系数，单位：μg/g²

本发明具有以下优点：

1.本发明利用强化试验方法综合考虑了功能参数和性能参数变化给出石英挠性加速度计的安全使用边界，该安全使用边界确定方法给出的结果更安全更合理，能够为石英挠性加速度计的加速寿命试验或加速退化试验应力条件的选取提供依据。

2.通过对石英挠性加速度计逐步施加温度和振动应力，检测在不同应力情况下石英挠性加速度计的功能特性和性能参数特性，了解到石英挠性加速度计在性能参数超差及功能失效时分别对应的温度和振动应力水平以及失效模式(即由本方法获得各应力条件下的工作极限和破坏极限)，还了解到影响石英挠性加速度计参数变化的主环境应力为高温和低温。

3.通过施加高应力快速得到石英挠性加速度计的温度特性和振动特性，缩短试验时间，降低研发成本。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明高温步进应力试验剖面。

图3是本发明低温步进应力试验剖面。

图4是本发明快速温度变化步进应力试验剖面。

图5是本发明振动步进应力试验剖面。

图6是本发明振动步进应力试验筛选谱。

图7是本发明振动步进应力试验运输谱。

图8是石英挠性加速度计结构组成图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

以下实施例是按照如图1所示的流程进行实施的，主要包括石英挠性加速度计高温步进应力试验、石英挠性加速度计低温步进应力试验、石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验、石英挠性加速度计振动步进应力试验以及石英挠性加速度计安全使用边界确定。具体如下：

步骤一：石英挠性加速度计高温步进应力试验

a.确定高温步进应力试验剖面：图2所示，根据石英挠性加速度计工作温度设定初始温度为60℃，并设定步长为10℃、温度变化速率不超过5℃/min、每一步长停留时间1h，确保试验样件的温度达到热平衡。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱温度由剖面初始温度开始，以设定步长逐步向上增温；在剖面的每个温度台阶下，当达到该步长停留时间后，对箱内的加速度计通电进行功能测试，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出。之后，将温箱温度恢复到常温，将加速度计从温箱中取出，装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一温度台阶的高温试验。

f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温度值，确定上一台阶温度为加速度计的高温工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到前一个台阶温度，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障。继续下一台阶试验，当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到前一个台阶温度或常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号均依旧异常，则此时在该台阶温度发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温度为加速度计的高温破坏极限。

g.如果加速度计达到破坏极限或者试验达到温箱设备极限，则试验结束。

h.如果试验达到温箱设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则将设备极限确定为产品的工作极限。

根据上述步骤进行试验，得到石英挠性加速度计在100℃时出现精度超差，则确定高温工作极限为90℃；当加温到190℃时，加速度计基本无输出电压，且恢复到常温故障不可恢复，因此确定高温破坏极限为180℃。

步骤二：石英挠性加速度计低温步进应力试验

其步骤同步骤一石英挠性加速度计高温步进应力试验的所有步骤。剖面见图3所示。

根据上述步骤进行试验，得到石英挠性加速度计在-60℃时出现精度超差，则确定低温工作极限为-50℃；当降温到设备极限-90℃时，一直未出现功能不可恢复的故障，没有获得低温破坏极限。

步骤三：石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验

a.确定快速温度变化步进应力试验剖面：见图4所示，根据石英挠性加速度计高温步进应力试验和低温步进应力试验确定的高温工作极限和低温工作极限作为快速温度变化试验剖面的高温、低温值，分别为90℃、-50℃，剖面初始温度为常温，起始温变率采用10℃/min，在高温和低温温度分别保持时间为1h，确保试验样件的温度达到热平衡，温变率步长为5℃/min，每个步长的循环次数为3次。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱运行程序为初始温变率下的温度循环剖面，加速度计处于非工作状态。在高温温度和低温温度达到保持时间使温度达到热平衡后，将加速度计通电进行功能测试，并记录+1g时的信号输出。如果功能测试信号输出正常，则继续试验，当经历完一个温变率台阶的三个循环后，恢复到常温，将加速度计从温箱中取出装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一个温变率台阶的试验。

f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温变率值，确定上一台阶温变率为加速度计的温变率工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到常温，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，则设定上一个台阶温变率为加速度计的温变率使用极限。当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号依旧异常，则此时在该台阶温变率发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温变率为加速度计的温变率破坏极限。

g.如果加速度计达到破坏极限，则试验结束。

h.如果试验样件在温箱最高温变率的情况下进行3次温循后，性能参数的精度没有超出规定范围，则按照最高温变率继续进行试验，如果超出范围试验截止，记录循环次数；如果超过10次温循还未超出范围，试验截止，并将加速度计的温变率工作极限值确定为这个台阶和上一个台阶温变率的平均值。

根据上述步骤进行试验，得到石英挠性加速度计在到达设备极限60℃/min时仍未出现精度超差，因此以最后台阶60℃/min和上一台阶50℃/min的平均值55℃/min作为加速度计温变率工作极限。

步骤四：石英挠性加速度计振动步进应力试验

a.确定振动步进应力试验剖面：石英挠性加速度计的振动步进应力试验选用随机振动，振动量级采用步进方式，见图5所示，初始振动量级为3gRMS，步长为3gRMS，每个振动量级保持时间为10min。针对不同目的需要选取不同的随机振动功率谱密度剖面。石英挠性加速度计加速稳定工艺的振动剖面采用20Hz～2000Hz的筛选谱对加速度计输出轴进行振动，见图6所示；石英挠性加速度计的加速退化试验或加速寿命试验中的振动量级安全使用范围，采用10Hz～500Hz的运输谱对加速度计输出轴进行振动，见图7所示。

b.设定功能失效判据与参数超差判据。判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求。

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据。

d.将石英挠性加速度计安装在振动试验台的专用工装上，保证振动方向为输出轴，工装夹具与振动台之间为刚性接触；并设定振动台运行程序为对应的功率谱密度剖面，从初始振动量级开始。

e.在剖面的每个振动量级台阶下，对加速度计通电进行功能测试，观察加速度计信号输出值是否正常；当达到该步长振动时间后，停止振动，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出。振动停止后，将加速度计装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试。

f.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则安装到振动台上继续进行下一台阶振动量级的试验。

g.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的振动量级，确定上一台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动工作极限，继续进行试验。当功能测试信号输出异常时，则使振动停止，测试加速度计的功能输出信号，如果依旧异常，则此时在该台阶发生了不可恢复故障，确定上一个台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动破坏极限。

h.如果加速度计达到振动破坏极限，则试验结束。

i.如果试验达到振动台设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则在最高振动量级条件下依次增加振动时间为0.5h，1h，1.5h继续进行试验，如果超出范围试验截止；如果最高振动量级下振动1.5h性能参数还未超出范围，试验截止，将设备极限确定为该振动剖面下的加速度计振动工作极限。

根据上述步骤进行筛选谱剖面振动试验，得到石英挠性加速度计在振动量级到达36gRMS时功能失效，经过之后的失效分析发现石英摆片挠性平桥处(结构位置见图8)碎裂，因此确定筛选谱下的振动步进应力试验的破坏极限量级为33gRMS。

根据上述步骤进行运输谱剖面振动试验，得到石英挠性加速度计当振动量级到达设备极限时参数还未超差，因此将设备极限确定为产品的振动工作极限值，即运输谱下的振动步进应力试验的工作极限量级为24gRMS。

步骤五：石英挠性加速度计安全使用边界确定

根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界，由此分别确定了石英挠性加速度计的高温工作极限、低温工作极限、温变率工作极限和振动工作极限，见表1，可以为石英挠性加速度计加速寿命试验或加速退化试验的应力范围提供了使用依据。

表1石英挠性加速度计安全使用边界结论

其中，在步骤一至步骤四中所述的性能参数测量方法，按照《GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法》进行，其具体做法的步骤如下：

1)加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致(一般为2.5kgf·cm)。

2)通电后，将温控包的温度升至55℃±0.2℃，并保持30min。

3)达到保持时间后，测试采样电阻：将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R。

4)测试输出信号噪声：将数字电压表置于交流电压档直接读出。之后将数字电压表置于直流电压档。

5)将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作U₀，U₉₀，U₁₈₀，U₂₇₀，然后端齿盘转回到0°。

根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏K₀、标度因数K₁和非线性系数K₂。

K₁＝(U₉₀-U₂₇₀)/2         标度因数，单位：V/g；

K₀＝(U₀+U₁₈₀)/2K₁        零偏，单位：mg

$K_2=\frac{-U_0+U_{90}-U_{180}+U_{270}}{2K_1}$ 非线性系数，单位：μg/g²

本发明中引用字母的物理意义如下表说明：

K0	零偏
		K1	标度因数
K2	非线性系数
		θ	端齿盘转角
U0	端齿盘转角θ在0°位置上的加速度计输出值
		U90	端齿盘转角θ在90°位置上的加速度计输出值
U180	端齿盘转角θ在180°位置上的加速度计输出值
		U270	端齿盘转角θ在270°位置上的加速度计输出值

Claims (2)

1.一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其特征在于：该确定方法步骤如下：

步骤一：石英挠性加速度计高温步进应力试验

a.确定高温步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计工作温度设定初始温度，并设定步长、温度变化速率、每一步长停留时间，确保试验样件的温度达到热平衡；

b.设定功能失效判据与参数超差判据：判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；

d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱温度由剖面初始温度开始，以设定步长逐步向上增温；在剖面的每个温度台阶下，当达到该步长停留时间后，对箱内的加速度计通电进行功能测试，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出；之后，将温箱温度恢复到常温，将加速度计从温箱中取出，装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；

e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一温度台阶的高温试验；

f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温度值，确定上一台阶温度为加速度计的高温工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到前一个台阶温度，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，继续下一台阶试验，当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到前一个台阶温度或常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号均依旧异常，则此时在该台阶温度发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温度为加速度计的高温破坏极限；

g.如果加速度计达到高温破坏极限或者试验达到温箱设备极限，则试验结束；

h.如果试验达到温箱设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则将温箱设备极限确定为加速度计的高温工作极限；

步骤二：石英挠性加速度计低温步进应力试验

其步骤同步骤一石英挠性加速度计高温步进应力试验的所有步骤；

步骤三：石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验

a.确定快速温度变化步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计高温步进应力试验和低温步进应力试验确定的高温工作极限和低温工作极限作为快速温度变化步进应力试验剖面的高温、低温值，剖面初始温度为常温，起始温变率采用10℃/min，在高温和低温温度分别保持时间为1h，确保试验样件的温度达到热平衡，温变率步长为5℃/min，每个步长的循环次数为3次；设定功能失效判据与参数超差判据，判据的设定包括两个方面：①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；

b.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；

c.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱运行程序为初始温变率下的温度循环剖面，加速度计处于非工作状态；在高温温度和低温温度达到保持时间使温度达到热平衡后，将加速度计通电进行功能测试，并记录+1g时的信号输出；如果功能测试信号输出正常，则继续试验，当经历完一个温变率台阶的三个循环后，恢复到常温，将加速度计从温箱中取出装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；

d.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一个温变率台阶的试验；

e.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温变率值，确定上一台阶温变率为加速度计的温变率工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到常温，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，则设定上一个台阶温变率为加速度计的温变率使用极限；当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号依旧异常，则此时在该台阶温变率发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温变率为加速度计的温变率破坏极限；

f.如果加速度计达到温变率破坏极限，则试验结束；

g.如果试验样件在温箱最高温变率的情况下进行3次温循后，性能参数的精度没有超出规定范围，则按照最高温变率继续进行试验，如果超出范围试验截止，记录循环次数；如果超过10次温循还未超出范围，试验截止，并将加速度计的温变率工作极限值确定为这个台阶和上一个台阶温变率的平均值；

步骤四：石英挠性加速度计振动步进应力试验

a.确定振动步进应力试验剖面：石英挠性加速度计的振动步进应力试验选用随机振动，振动量级采用步进方式，初始振动量级为3gRMS，步长为3gRMS，每个振动量级保持时间为10min；针对不同目的需要选取不同的随机振动功率谱密度剖面；石英挠性加速度计加速稳定工艺的振动剖面采用20Hz～2000Hz的筛选谱对加速度计输出轴进行振动；石英挠性加速度计的加速退化试验或加速寿命试验中的振动量级安全使用范围，采用10Hz～500Hz的运输谱对加速度计输出轴进行振动；

b.设定功能失效判据与参数超差判据：判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；

c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；

d.将石英挠性加速度计安装在振动试验台的专用工装上，保证振动方向为输出轴，工装夹具与振动台之间为刚性接触；并设定振动台运行程序为对应的功率谱密度剖面，从初始振动量级开始；

e.在剖面的每个振动量级台阶下，对加速度计通电进行功能测试，观察加速度计信号输出值是否正常；当达到该步长振动时间后，停止振动，记录加速度计在+1g和-1g下的信号输出；振动停止后，将加速度计装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；

f.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则安装到振动台上继续进行下一台阶振动量级的试验；

g.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的振动量级，确定上一台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使振动停止，测试加速度计的功能输出信号，如果依旧异常，则此时在该台阶发生了不可恢复故障，确定上一个台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动破坏极限；

h.如果加速度计达到振动破坏极限，则试验结束；

i.如果试验达到振动台设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则在最高振动量级条件下依次增加振动时间为0.5h，1h，1.5h继续进行试验，如果超出范围试验截止；如果最高振动量级下振动1.5h性能参数还未超出范围，试验截止，将振动台设备极限确定为该振动剖面下的加速度计振动工作极限；

步骤五：石英挠性加速度计安全使用边界确定

根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界，由此分别确定了石英挠性加速度计的高温工作极限、低温工作极限、温变率工作极限和振动工作极限，为石英挠性加速度计加速寿命试验或加速退化试验的应力范围提供使用依据。

2.根据权利要求1所述的一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其特征在于：在步骤一至步骤四中所述的性能参数测量方法，其具体步骤如下：

1）加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致；

2）通电后，将温控包的温度升至55℃±0.2℃，并保持30min；

3）达到保持时间后，测试采样电阻：将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R；

4）测试输出信号噪声：将数字电压表置于交流电压档直接读出，之后将数字电压表置于直流电压档；

5）将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作U₀，U₉₀，U₁₈₀，U₂₇₀，然后端齿盘转回到0°；

根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏K₀、标度因数K₁和非线性系数K₂：

K₁=(U₉₀-U₂₇₀)/2       标度因数，单位：V/g；

K₀=(U₀+U₁₈₀)/2K₁      零偏，单位：mg

$K_2=\frac{-U_0+U_{90}-U_{180}+U_{270}}{{2K}_1}$ 非线性系数，单位：μg/g²。

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