CN102735874A - 消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法 - Google Patents

消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，包括以下步骤：（1）选型；（2）安装；（3）控制分度转台并判断加速度计是否符合初始位置要求；（4）确定加速度计初始位置；（5）开始加速度计标校；（6）控制分度转台并判断加速度计是否符合标校位置要求；（7）确定加速度计标校位置，完成标校加速度值的加速度计的标校工作，此时得到的加速度计信号值Ai为消除了精密离心机动静态失准角影响的标定值；（8）将分度转台转至θd0，重复第（5）至第（7）步骤，完成下一个待标校加速度值的标校试验。本发明从加速度计标定校准的基本原理出发，无需对动静态失准角进行准确测量，消除了传统测量方法的方法性误差。

Description

消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法
技术领域
本发明涉及一种消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，尤其涉及一种通过分度转台调节加速度计俯仰角度、不需测量动静态失准角的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法。 
背景技术
精密离心机是用于加速度计标定和校准的仪器之一。精密离心机利用转臂或转台转动产生向心加速度，给被测加速度计提供加速度场，通过把向心加速度作为输入量，以测试加速度计的各项性能参数。根据其工作原理，计算与衡量向心加速度的主要影响因素包括动态半径、静态失准角、动态失准角、转速等。 
在考虑处理动静态失准角的过程中，传统的方法是通过测量以及计算得到动静态失准角，再将其作相应的计算以对向心加速度进行修正处理。传统的精密离心机静态失准角测量方法是：采用电子水平仪对加速度传感器安装平台进行测量以确定其静态失准角。传统的动态失准角的测量方法是：采用电容式、电感式、激光式等测位传感器安装在离心机转臂或转台或者固定支架上，再通过测量转臂或转台下表面的位置变化情况来衡量离心机动态失准角的变化。 
上述方法中，将精密离心机的静态失准角测量简单的定义为加速度传感器安装平台的水平度，存在着以下几个方面的近似处理：精密离心机的回转主轴与水平面垂直；精密离心机的回转主轴在离心机转动的各个角度位置未发生变化；加速度安装平台与实际安装加速度传感器的输入轴（IA轴）方向平行。另外，将动态失准角测量归结于测量转臂或转台下表面的位置变化，这种方式实质是假设离心机转臂或转台在重力及离心力影响下变形后仍然为直线表面，实 际变形后的表面存在一定曲率的弯曲。这些近似的处理与假设在精密离心机不确定度要求较高时将会引入不可忽略的系统误差，例如：1”的角度误差通过重力加速度方向分量影响至的相对不确定度可以达到1.35×10-7，这对于相对不确定度要求在10-6的情况已经是不能忽略的。动态失准角测量主要是通过测量离心机转臂或转台对应的传感器安装平台位置在垂直方向上的位置变化而得到的，其测量有多种方式，但受到测量表面加工形位公差、测量空间介质波动如气流、温度波动、离心机回转主轴的倾斜等限制，测量的结果存在着多种随机误差以及测量方式本身引入的方法误差。 
综上：传统的通过测量以及计算得到动静态失准角并对失准角进行补偿的具有以下缺点：1、传统的失准角测量方式存在方法性误差，使得结果不够准确；2、传统的动态失准角的测量受环境影响大，且测量结果的准确性不足。 
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法。 
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案： 
本发明包括以下步骤： 
（1）选型：根据待标定的加速度计的精度选择相应等级的精密离心机和分度转台； 
（2）安装：将加速度计安装在分度转台上，将分度转台安装在安装夹具中，将安装夹具固定在精密离心机的安装位置； 
（3）控制分度转台并判断加速度计是否符合初始位置要求：控制分度转台转动，获得实时的加速度计信号值ai，根据ai的变化，判断加速度计是否符合初始位置要求； 
（4）确定加速度计初始位置：以当前分度转台的角度位置θd0作为加速度计标校试验的调节起始位置； 
（5）开始加速度计标校：启动精密离心机，运行精密离心机至待标校的加速度值； 
（6）控制分度转台并判断加速度计是否符合标校位置要求：控制分度转台转动，获得实时的加速度计信号值Ai，根据Ai的变化，判断加速度计是否符合标校位置要求； 
（7）确定加速度计标校位置，完成标校加速度值的加速度计的标校工作，此时得到的加速度计信号值Ai为消除了精密离心机动静态失准角影响的标定值； 
（8）将分度转台转至θd0，重复第（5）至第（7）步骤，完成下一个待标校加速度值的标校试验。 
本发明通过实时比较运行过程中的加速度计信号值，并根据比较结果判断其值是否标定值，其结果为实际运行的试验数据，所以更加准确，完全不用对动静态失准角进行测量，也不需要进行对应的补偿处理，避免了测量失准角并进行补偿处理的人为误差。 
作为优选，所述步骤（3）中，判断加速度计是否符合初始位置要求的方法如下： 
若ai-1﹥ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台； 
若ai-1﹤ai，且ai﹤ai+1，则不符合要求，控制分度转台反向转动继续调节分度转台； 
若ai-1﹤ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调 节分度转台； 
若ai-1﹥ai，且ai﹤ai+1，则符合要求，ai读数对应的位置即为加速度计的初始位置。 
上述方法为寻求极值的方法，根据极值判断来确定加速度计初始位置，是非常准确的判断方法。 
具体地，所述ai为有效转动对应的加速度计信号值，即满足以下条件：ai不等于ai-1。去掉无效转动对应的加速度计信号值，可提高效率。若分度转台选取的精度等级高于加速度计精度等级，会出现转动1个细分角度时ai值不改变的情况，此时的转动视为无效转动。 
作为优选，所述步骤（6）中，判断加速度计是否符合标校位置要求的方法如下： 
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹥Ai+1，则不符合要求，控制分度转台反向转动继续调节分度转台； 
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台； 
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台； 
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹥Ai+1，则符合要求，Ai读数对应的位置即为加速度计的标校位置。 
上述方法为寻求极值的方法，根据极值判断来确定加速度计标校位置，是非常准确的判断方法。 
具体地，所述Ai为有效转动对应的加速度计信号值，即满足以下条件：Ai不等于Ai-1。去掉无效转动对应的加速度计信号值，可提高效率。 
所述Ai为加速度计的整圈平均信号值。在精度等级较高要求的加速度计标校过程中，由于精密离心机转动在不同位置时会存在一定的倾角偏差，会影响上述判据结果，所以需要对采集的Ai信号值作整圈平均处理，即采集精密离心机转过整圈的全部Ai信号值并求平均值后的Ai信号值。 
本发明的有益效果在于： 
精密离心机动静态失准角对加速度计标校的影响，本质上是使得待标校的加速度计输入轴即IA轴与精密离心机向心加速度方向的产生了夹角，从而使得加速度计IA轴受到的向心加速度产生了不确定的分量，本发明从加速度计标定校准的基本原理出发，着眼于通过分度转台调节加速度计的俯仰角度，从而使得精密离心机向心加速度方向与加速度计IA轴之间的夹角接近零，无需对动静态失准角进行准确测量，从根本上消除了由于精密离心机动静态失准角产生的对加速度计标校的影响。 
附图说明
图1是本发明中试验装置的安装结构示意图； 
图2是本发明的流程图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步具体描述： 
如图1所示，本发明中试验装置包括精密离心机5、安装夹具1、分度转台3、加速度计2和电机4，精密离心机5用于为加速度计提供试验所需的离心加速度，安装夹具1用于安装分度转台3，分度转台3用于安装加速度计2并与电机4一起为加速度计2的细分度转动提供动力。分度转台3和加速度计2还与测控计算机连接，实时检测加速度计2的信号值并实时控制分度转台3转动。上述装置均为本领域公知仪器与设备。 
结合图1和图2，本发明具体包括以下步骤（说明：下列步骤以图2中数字标记为准，为本发明的细化步骤）： 
步骤1：开始； 
步骤2：选型：根据待标定的加速度计的精度选择相应等级的精密离心机5和分度转台；对于不同精度等级要求的加速度计2标定，所选取以及设计的相应仪器设备应作相应的等级要求；以待标校加速度计2的精度要求为10-5相对标准不确定度为例，则精密离心机5的标校等级需为10-6相对标准不确定度，需选用分度转台细分角度为1”（角度单位：秒）； 
步骤3：安装：将加速度计2安装在分度转台3上，将分度转台3安装在安装夹具1中，将安装夹具1固定在精密离心机5的安装位置； 
步骤4：控制分度转台3转动，转动角度为1个细分角度； 
步骤5：读取加速度计2的信号，获得实时的加速度计信号值ai； 
步骤6：保留有效信号值，即满足以下条件：ai不等于ai-1； 
步骤7：判断是否初始位置，判断方法如下： 
若ai-1﹥ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台3的转动方向继续调节分度转台3； 
若ai-1﹤ai，且ai﹤ai+1，则不符合要求，控制分度转台3反向转动继续调节分度转台3； 
若ai-1﹤ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台3的转动方向继续调节分度转台3； 
若ai-1﹥ai，且ai﹤ai+1，则符合要求，ai读数对应的位置即为加速度计2的初始位置； 
步骤8：确定初始位置：以当前分度转台3的角度位置θd0作为加速度计标 校试验的调节起始位置； 
步骤9：精密离心机5运行至待标校加速度值，开始加速度计2的标校； 
步骤10：控制分度转台3转动，转动角度为1个细分角度； 
步骤11：读取加速度计2的信号，获得实时的加速度计信号值Ai； 
步骤12：保留有效信号值或获取整圈平均信号值：在精度等级不高要求的加速度计标校过程中，去掉无效转动对应的加速度计信号值即保留有效信号值Ai即可，满足以下条件：Ai不等于Ai-1；在精度等级较高要求的加速度计标校过程中，则采用加速度计的整圈平均信号值Ai； 
步骤13：判断是否标校位置：判断方法如下： 
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹥Ai+1，则不符合要求，控制分度转台3反向转动继续调节分度转台3； 
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台3的转动方向继续调节分度转台3； 
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台3的转动方向继续调节分度转台3； 
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹥Ai+1，则符合要求，Ai读数对应的位置即为加速度计的标校位置； 
步骤14：确定标校位置，完成标校加速度值的加速度计2的标校工作； 
步骤15：获得准确标定值：此时得到的加速度计信号值Ai为消除了精密离心机5的动静态失准角影响的标定值； 
步骤16：是否继续试验，如果是，则重复步骤9-步骤15，如果不是，进入步骤17； 
步骤17：结束。 
本发明从加速度计2的标定校准的基本原理出发，着眼于通过分度转台3调节加速度计2的俯仰角度，利用求极值的原理，使得精密离心机5的向心加速度方向与加速度计2的IA轴之间的夹角接近零，无需对动静态失准角进行准确测量，从根本上消除了由于精密离心机5的动静态失准角产生的对加速度计2的标校的影响。 

Claims (6)

1.一种消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选型：根据待标定的加速度计的精度选择相应等级的精密离心机和分度转台；
（2）安装：将加速度计安装在分度转台上，将分度转台安装在安装夹具中，将安装夹具固定在精密离心机的安装位置；
（3）控制分度转台并判断加速度计是否符合初始位置要求：控制分度转台转动，获得实时的加速度计信号值ai，根据ai的变化，判断加速度计是否符合初始位置要求；
（4）确定加速度计初始位置：以当前分度转台的角度位置θd0作为加速度计标校试验的调节起始位置；
（5）开始加速度计标校：启动精密离心机，运行精密离心机至待标校的加速度值；
（6）控制分度转台并判断加速度计是否符合标校位置要求：控制分度转台转动，获得实时的加速度计信号值Ai，根据Ai的变化，判断加速度计是否符合标校位置要求；
（7）确定加速度计标校位置，完成标校加速度值的加速度计的标校工作，此时得到的加速度计信号值Ai为消除了精密离心机动静态失准角影响的标定值；
（8）将分度转台转至θd0，重复第（5）至第（7）步骤，完成下一个待标校加速度值的标校试验。
2.根据权利要求1所述的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，判断加速度计是否符合初始位 置要求的方法如下：
若ai-1﹥ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台；
若ai-1﹤ai，且ai﹤ai+1，则不符合要求，控制分度转台反向转动继续调节分度转台；
若ai-1﹤ai，且ai﹥ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台；
若ai-1﹥ai，且ai﹤ai+1，则符合要求，ai读数对应的位置即为加速度计的初始位置。
3.根据权利要求1或2所述的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：所述ai为有效转动对应的加速度计信号值，即满足以下条件：ai不等于ai-1。
4.根据权利要求1所述的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：所述步骤（6）中，判断加速度计是否符合标校位置要求的方法如下：
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹥Ai+1，则不符合要求，控制分度转台反向转动继续调节分度转台；
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台；
若Ai-1﹥Ai，且Ai﹤Ai+1，则不符合要求，保持分度转台的转动方向继续调节分度转台；
若Ai-1﹤Ai，且Ai﹥Ai+1，则符合要求，Ai读数对应的位置即为加速度计的标校位置。 
5.根据权利要求1或4所述的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：所述Ai为有效转动对应的加速度计信号值，即满足以下条件：Ai不等于Ai-1。
6.根据权利要求1或4所述的消除精密离心机动静态失准角对加速度计标校影响的方法，其特征在于：所述Ai为加速度计的整圈平均信号值。 
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