CN102253241B - 一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面及其实施方法 - Google Patents

一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面及其实施方法 Download PDF

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Abstract

一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面，它由6个相同的温度循环剖面和一次振动剖面组合而成；本发明的实施方法步骤如下：1.记录初始数据；2.设定温箱运行程序并实施温度循环试验；3.一个温度循环试验后测试数据；4.实施振动试验；5.重复进行以上2、3、4三个步骤，共完成40个循环试验，得到试验数据；6.确定能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数：根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出温度循环与随机振动组合试验的稳定循环数，以两种方法计算出的循环数的最大值确定为该试验的稳定循环数。本发明对试验设备要求不高，试验成本较低，操作方便；可以直接应用于产品，促使参数在短时间内快速进入稳定状态。

Description

一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面及其实施方法
技术领域
本发明提供一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面，特别是涉及一种温度循环与随机振动组合试验类型的石英挠性加速度计快速稳定试验剖面及其实施方法，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一种机械摆式加速度计，用来感测运动载体的线运动信息，是构造惯导系统的核心器件，其精度高低和性能优劣很大程度上决定了惯导系统的精度和性能，其广泛应用于导弹、卫星、火箭等飞行器中，对于保障飞行器姿态稳定和目标准确起着非常重要的作用。
石英挠性加速度计产品在出厂之前，都要经过快速稳定试验过程(即老化筛选试验)，促使加速度计参数在生产出来后能够快速稳定。现阶段，所使用的老化筛选试验为温度循环。但是从已生产出来的加速度计产品看，在受到时间和外界环境的作用影响下，其关键参数(零偏、标度因数)产生漂移，造成加速度计在使用过程中普遍存在长期重复性差、标定周期短、使用维护复杂等问题。因此，需要研究一种能够使加速度计快速进入稳定状态的工艺方法。目前，针对加速度计的研究，多集中在测量误差影响因素、环境误差建模与补偿技术方面。通过对现有技术的查新，国内外还没有关于石英挠性加速度计参数稳定、提高参数重复性的快速稳定试验方法方面的研究。根据目前的研究工作表明温度循环与随机振动的综合试验剖面和温度循环与随机振动的组合试验剖面均可以使石英挠性加速度计参数进入稳定，但是对于大批量生产的石英挠性加速度计，组合试验剖面更方便操作和实施。
发明内容
1、发明目的
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快速稳定试验剖面及其实施方法。它能够使加速度计参数在短时间内达到快速稳定的目的，并且对设备的限制条件少，操作方便。
2、技术方案
(1)见图2，本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面，它由6个相同的温度循环剖面和一次振动剖面组合而成。其中，该温度循环剖面见图3所示，是从常温以温变速率55℃/min降温到低温温度-50℃后保温1h35min，然后从低温温度-50℃以温变速率55℃/min升温到高温温度90℃后保温2h35min，最后从高温温度90℃以温变速率55℃/min降温到常温；该一次振动剖面是指按照图4所示的功率谱密度剖面以10gRMS的量级振动10min，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到80Hz，从80Hz到350Hz为功率谱密度为0.109g2/Hz的平直谱，从350Hz以-3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz；该一次振动剖面是在6个温度循环剖面完成后，继而在常温条件下进行的。同时，在振动前要给石英挠性加速度计通电，振动结束后给石英挠性加速度计断电。
(2)本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面的实施方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据。
步骤二：设定温箱运行程序并实施温度循环试验：将石英挠性加速度计放置在温度试验箱中，按照温度循环剖面设定温箱运行程序，并按照设定的温箱运行程序实施温度循环试验，每次完成一个温度循环。
步骤三：一个温度循环试验后测试数据：完成一个温度循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数。
步骤四：实施振动试验：继续进行步骤二和步骤三的温度循环试验和试验后参数测试，当完成6个温度循环后，先不进行步骤三的试验后测试，而进行一次随机振动，完成随机振动后按照性能参数测量方法测试石英挠性加速度计的参数，该实施振动试验的操作步骤如下：
a.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计安装在振动台的专用夹具上，按照+1g状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2.5kgf·cm，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态。
b.设定振动台运行程序：按照随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V，振动时间为tV。
c.按照设定的振动台运行程序进行随机振动，并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+1g状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电。
d.完成振动试验后按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，仅完成6个温度循环时不进行参数测试。
步骤五：重复进行以上步骤二、步骤三、步骤四这三个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据。
步骤六：确定能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数：根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出温度循环与随机振动组合试验的稳定循环数，以两种方法计算出的循环数的最大值确定为该试验的稳定循环数。
其中，在步骤一、步骤三和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°。
6)根据以下公式计算得到石英挠性加速度计零偏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
Figure BDA0000055404570000031
非线性系数，单位：μg/g2
3、优点及功效
本发明具有以下优点：
1)本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面及其实施方法的试验可以采用温箱和电动振动台完成，不是必须采用三综合试验箱完成，不需要制造特殊专用设备，对试验设备要求不高，试验成本较低，操作方便。
2)本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面可以直接应用于产品，成为产品制造出来后的快速稳定试验，促使参数在短时间内快速进入稳定状态；与现有快速稳定试验剖面相比，该试验剖面具有试验效率高、试验时间短、产品参数重复性好等优点。
附图说明
图1是本发明实施方法流程图。
图2是本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面的简略剖面图。
图3是本发明中一个温度循环的剖面图。
图4是本发明中振动剖面的功率谱密度剖面图。
图中符号说明如下：
 t/h   横坐标轴表示时间，单位：小时
 t/min   横坐标轴表示时间，单位：分钟
 PSD   纵坐标轴表示功率谱密度
 Hz   频率的单位：赫兹
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。
(1)本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验剖面，它由6个相同的温度循环剖面和一次振动剖面组合而成，其简略剖面见图2。其中，该温度循环剖面见图3所示，是从常温以温变速率55℃/min降温到低温温度-50℃后保温1h35min，然后从低温温度-50℃以温变速率55℃/min升温到高温温度90℃后保温2h35min，最后从高温温度90℃以温变速率55℃/min降温到常温；该一次振动剖面是指按照图4所示的功率谱密度剖面以10gRMS的量级振动10min，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到80Hz，从80Hz到350Hz为功率谱密度为0.109g2/Hz的平直谱，从350Hz以-3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz；该一次振动剖面是在6个温度循环剖面完成后，继而在常温条件下进行的。同时，在振动前要给石英挠性加速度计通电，振动结束后给石英挠性加速度计断电。
(2)本发明一种石英挠性加速度计快速稳定试验条件的实施方法，该方法流程图见图1所示，具体步骤如下：
步骤一：记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据。
步骤二：设定温箱运行程序并实施温度循环试验：将石英挠性加速度计放置在温度试验箱中，按照温度循环剖面设定温箱运行程序，一个温度循环剖面见图3所示，并按照设定的温箱运行程序实施温度循环试验，每次完成一个温度循环。
步骤三：一个温度循环试验后测试数据：完成一个温度循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数。
步骤四：实施振动试验：继续进行步骤二和步骤三的温度循环试验和试验后参数测试，当完成6个温度循环后(先不进行步骤三的试验后测试)，进行一次随机振动，完成随机振动后按照性能参数测量方法测试石英挠性加速度计的参数，该实施振动试验的操作步骤如下：
a.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计安装在振动台的专用夹具上，按照+1g状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2.5 kgf·cm，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态。
b.设定振动台运行程序：按照随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，见图4，并设定振动量级为10g，振动时间为10min。
c.按照设定的振动台运行程序进行随机振动，并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+1g状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电。
d.完成振动试验后按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，仅完成6个温度循环时不进行参数测试。
步骤五：重复进行以上步骤二、步骤三、步骤四这三个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据。
步骤六：确定能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数：根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出温度循环与随机振动组合试验的稳定循环数，以两种方法计算出的循环数的最大值确定为该试验的稳定循环数，见表1所示。
表1各剖面的稳定循环数
  试验名称   趋势项检验稳定循环数   波动项检验稳定循环数   最终稳定循环数
  组合试验   6   4   6
因此，确定一种石英挠性加速度计快速稳定试验条件由6个相同的温度循环剖面和一次振动剖面组合而成，其简略剖面见图2所示。
其中，在步骤一、步骤三和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2.5 kgf·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
Figure BDA0000055404570000061
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：
  V  振动量级
  tV  振动时间
  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快速稳定试验剖面的实施方法，其中，该石英挠性加速度计快速稳定试验剖面由6个相同的温度循环剖面和一次振动剖面组合而成；其中，该温度循环剖面是从常温以温变速率55℃/min降温到低温温度-50℃后保温1h35min，然后从低温温度-50℃以温变速率55℃/min升温到高温温度90℃后保温2h35min，最后从高温温度90℃以温变速率55℃/min降温到常温；该一次振动剖面是指按照功率谱密度剖面以10gRMS的量级振动10min，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到80Hz，从80Hz到350Hz为功率谱密度为0.109g2/Hz的平直谱，从350Hz以-3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz；该一次振动剖面是在6个温度循环剖面完成后，继而在常温条件下进行的；同时，在振动前要给石英挠性加速度计通电，振动结束后给石英挠性加速度计断电；
其特征在于：该实施方法步骤如下：
步骤一：记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；
步骤二：设定温箱运行程序并实施温度循环试验：将石英挠性加速度计放置在温度试验箱中，按照温度循环剖面设定温箱运行程序，并按照设定的温箱运行程序实施温度循环试验，每次完成一个温度循环；
步骤三：一个温度循环试验后测试数据：完成一个温度循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；
步骤四：实施振动试验：继续进行步骤二和步骤三的温度循环试验和试验后参数测试，当完成6个温度循环后，先不进行步骤三的试验后测试，而进行一次随机振动，完成随机振动后按照性能参数测量方法测试石英挠性加速度计的参数，该实施振动试验的操作步骤如下：
a.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计安装在振动台的专用夹具上，按照+1g状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2.5kgf·cm，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态；
b.设定振动台运行程序：按照随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V，振动时间为tV；
c.按照设定的振动台运行程序进行随机振动，并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+1g状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电；
d.完成振动试验后按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，仅完成6个温度循环时不进行参数测试；
步骤五：重复进行以上步骤二、步骤三、步骤四这三个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；
步骤六：确定能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数：根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出温度循环与随机振动组合试验的稳定循环数，以两种方法计算出的循环数的最大值确定为该试验的稳定循环数。
2.根据权利要求1所述的石英挠性加速度计快速稳定试验剖面的实施方法，其特征在于：在步骤一、步骤三和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°；
6）根据以下公式计算得到石英挠性加速度计零偏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 = - U 0 + U 90 - U 180 + U 270 2 K 1 非线性系数，单位：μg/g2。
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