CN103884870A - 提高加速度计校准精度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高加速度计校准精度的方法，包括：使线加速度模拟转台上的随动台定位在零位，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值；使线加速度模拟转台上的随动台定位在180度，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值；根据公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差。本发明还提供一种提高加速度计校准精度的装置，能消除加速度计的工作半径误差影响，提高校准精度。

Description

提高加速度计校准精度的方法和装置

技术领域

本发明涉及加速度计技术领域，特别是涉及一种提高加速度计校准精度的方法，以及一种提高加速度计校准精度的装置。

背景技术

加速度计在振动检测、动作识别、状态记录以及汽车安全气囊等方面有广泛应用。在加速度计的研制、生产和使用中，都需要对加速度计的性能进行校准。加速度计在±1g以内的各项性能指标，可利用重力场1g翻滚试验进行测试，但测量范围局限于±1g以内。

线加速度模拟转台可模拟产生标准动态加速度，如正弦加速度，而且，加速度的幅值由线加速度模拟转台的稳速台角速率和工作半径决定，加速度的频率由固定在稳速台圆形台面上的随动台的角速率决定，因此加速度的幅值和频率是相互独立的，可以实现大g值的正弦加速度。

利用线加速度模拟转台对加速度计的性能指标进行标定时，可能会影响校准精度的因素包括安装误差、转速以及动态半径等。其中，转速及动态半径的影响主要在线加速度模拟转台的设计及制造阶段进行考虑并采取相关措施进行修正。将加速度计安装到线加速度模拟转台上进行校准时，安装位置的误差，也就是工作半径误差，会影响校准的精度。目前普遍的安装方法主要是将加速度计安装到夹具上，然后将夹具固定在转台的安装位置，并通过手动的方法调整加速度计在转台上的位置。

完成测试后，直接通过一阶拟合或者其它方法，对数据进行处理获得加速度计的相关性能指标。

实际的安装无法避免安装误差，这对于加速度计的校准精度产生影响，而且由于各种型号的加速度计的外形及尺寸差别很大，安装夹具多数需要根据特定的加速度计外形及尺寸进行定制，因此，不同外形及大小的加速度计在安装时可能会产生不一致的工作半径误差。

基于以上原因，加速度计安装时，安装误差是不可避免的，也就是说，测试所获得的数据中是含有工作半径误差所带来的误差项的，如果不考虑该误差项，直接通过一阶拟合或者其它方法计算加速度计的相关性能指标的话，就会影响指标测试的精确度。

发明内容

基于此，本发明提供一种提高加速度计校准精度的方法和装置，能消除校准过程中的工作半径误差影响，提高校准精度。

一种提高加速度计校准精度的方法，包括如下步骤：

使线加速度模拟转台上的随动台定位在零位，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述预设的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

使线加速度模拟转台上的随动台定位在180度，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁； $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

一种提高加速度计校准精度的装置，包括线加速度模拟转台、加速度计和误差校准系统，所述加速度计固定在所述线加速度模拟转台的随动台上；

所述误差校准系统包括：

第一获取模块，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在零位时，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取所述加速度计输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

第二获取模块，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在180度时，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取所述加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

误差获取模块，用于根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁； $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

上述提高加速度计校准精度的方法和装置，针对特定的稳速台输出加速度，设定随动台处于0度位置和180度位置，并设定多个输出加速度，可以获得固定在随动台上的加速度计的多个输出值；通过对上述所获得的加速度输出值进行计算，可以获得加速度计固定到随动台上时的安装位置误差；由所获得的安装位置误差结果，可以对所校准的加速度计性能参数进行修正，消除工作半径误差所带来的影响，提高校准精度，降低校准过程中对加速度计的安装要求。

附图说明

图1为线加速度模拟转台在一实施例中的结构示意图。

图2为图1中稳速台旋转中心与随动台旋转中心的示意图。

图3为本发明提高加速度计校准精度的方法在一实施例中的流程示意图。

图4为本发明提高加速度计校准精度的装置在一实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

首先介绍带随动台的线加速度模拟转台。

如图1所示，线加速度模拟转台的机械台体由稳速台11、随动台12组成。稳速台11的工作台面与地面平行，稳速台回转轴13垂直于地面，稳速台台面上的随动台可以为两个或者两个以上，随动台对称安装在稳速台圆形台面上。

加速度计安装在随动台的台面上，加速度计输入轴平行于水平面。稳速台以角速率ω₁匀速旋转，产生一定的离心加速度，加速度的大小由稳速台的角速率ω₁和工作半径（稳速台的旋转中心O₁与随动台旋转中心O₂之间的距离）决定，加速度的方向为稳速台的旋转中心指向加速度计的检测质量质心的方向。

随动台以角速率ω₂匀速旋转，随动台旋转改变加速度计输入轴的方向，因而，由稳速台匀速旋转所产生的加速度与加速度计的输入轴之间的夹角θ将随随动台的旋转而不断变化，从而在加速度计输入轴方向产生正弦加速度。

在随动台台面上安装加速度计时，考虑到实际安装时产生的误差，加速度计的检测质量质心不一定能和随动台的旋转中心重合，此时就会产生工作半径误差，导致线加速度模拟转台上显示的加速度输出值与实际作用在加速度计上的加速度并不完全一致，从而产生测量误差，这严重影响了对加速度计的校准。

针对上述问题，如果能够对工作半径误差进行测试计算，则可以由测试所得的位置误差值对加速度计的性能参数进行修正，从而消除位置误差的影响。

首先对相关参数及其意义进行说明：在进行加速度计性能标定时，首先设定线加速度模拟转台的输出加速度为某一特定值a₀，当随动台定位在零位时，对应的加速度计输出为U₀₁，当随动台定位在180度时，对应的加速度计输出为U₀₂。当a_n=a₀+nΔa（n≥1，Δa为设定的输出加速度步进值）时，则随动台在零位和180度时，加速度计对应的输出记为U_n1和U_n2。

如图2所示，设稳速台旋转中心O₁与随动台旋转中心O₂之间的距离为R，稳速台旋转中心O₁与加速度计的检测质量质心O₃之间的距离为R₁，并令ΔR=R-R₁；

由已知，线加速度模拟转台所产生的加速度为：

a_n=ω_n ²R    （1）

根据预设的加速度计的一阶模型：

U_n=K₀+K₁a_n    （2）

其中，K₀是零偏电压，单位是V；K₁是标度因数，单位是V/g；

考虑到工作半径误差，可得：

U_n1=K₀+K₁（R-ΔR）ω_n ²=K₀+K₁（1-ΔR/R）a_n     （3）

U_n2=K₀-K₁（R+ΔR）ω_n ²=K₀-K₁（1+ΔR/R）a_n    （4）

由（3）-（4）可得：

U_n1-U_n2=2K₁a_n    （5）

由（5）可知，对应于任何一个a_n，由加速度计的两个输出值U_n1和U_n2可求解获得一个K_1n，令

$K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=(K_{11}+......+K_{1n})/n---\left(6\right)$

可得到由n组数据所获得的K₁的均值，下面以该均值作为方程（2）中K₁的测量值以对其它参数进行计算。

由（3）、（4）和（6）可得：

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}---\left(7\right)$

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1---\left(8\right)$

其中，m≤n，由（7）、（8），通过计算可获得多个

值，可根据实际需要确定所需计算的

的组数，最后通过对多个

值求均值，可获得关于

的一个测量值，该值表征了安装位置的误差，可以利用其对加速度计的性能指标校准值进行修正，从而提高对加速度计校准的精度。

基于上述分析，接下来介绍本发明提高加速度计校准精度的方法，如图3所示，可包括如下步骤：

S31、使线加速度模拟转台上的随动台定位在零位，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述预设的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

S32、使线加速度模拟转台上的随动台定位在180度，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

S33、根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁； $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

在一较佳实施例中，还可包括步骤：

根据所述安装位置误差，修正所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数。

表征了安装位置的误差，可以利用其对加速度计的性能指标校准值进行修正，从而提高对加速度计校准的精度。

进一步地，所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数可包括但不限于阈值、分辨率、非线性度、幅频特性和幅值线性度。

本发明还提供一种提高加速度计校准精度的装置，包括线加速度模拟转台41、加速度计42和误差校准系统43，所述加速度计42固定在所述线加速度模拟转台的随动台上；

所述误差校准系统43包括：

第一获取模块431，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在零位时，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取所述加速度计输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

第二获取模块432，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在180度时，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取所述加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

误差获取模块433，用于根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁； $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

在一较佳实施例中，所述误差校准系统还包括误差修正模块，用于根据所述安装位置误差，修正所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数。

在一较佳实施例中，所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数包括阈值、分辨率、非线性度、幅频特性和幅值线性度。

接下来再通过一实施例介绍本发明提高加速度计校准精度的装置的具体应用。

对本发明的装置可根据如下步骤获得安装位置误差：

①对随动台进行上电、回零，使随动台定位于零位；

②通过安装夹具，将加速度计固定到随动台台面上并使加速度计敏感轴的方向与稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；

③完成加速度计测试所需的电连接；

④设定线加速度模拟转台的输出加速度为某一特定值a₀，待输出的加速度稳定后，读取加速度计的输出读数U₀₁；

⑤将线加速度模拟转台的输出加速度设定为a₁=a₀+Δa，……，a_n=a₀+nΔa（n≥1），待输出加速度稳定后，分别记录下加速度计的输出读数U_n1；

⑥使随动台旋转180゜，重复步骤（4）和（5），对应于a₀，……，a_n，分别记录下加速度计的输出读数U_n2；

⑦使用式（6）可计算出修正后的K₁，并进一步根据修正后的K₁值以及式（7）或者（8），可计算出多个

值，最后通过对多个

值求均值，可获得关于

的一个测量值，该值表征了安装位置的误差。

本发明提高加速度计校准精度的方法和装置，针对特定的稳速台输出加速度，设定随动台处于0度位置和180度位置，并设定多个输出加速度，可以获得固定在随动台上的加速度计的多个输出值；通过对上述所获得的加速度输出值进行计算，可以获得加速度计固定到随动台上时的安装位置误差；由所获得的安装位置误差结果，可以对所校准的加速度计性能参数进行修正，消除工作半径误差所带来的影响，提高校准精度，降低校准过程中对加速度计的安装要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种提高加速度计校准精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

使线加速度模拟转台上的随动台定位在零位，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述预设的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

使线加速度模拟转台上的随动台定位在180度，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取固定在所述随动台上的加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁； $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

2.根据权利要求1所述的提高加速度计校准精度的方法，其特征在于，还包括步骤：

根据所述安装位置误差，修正所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数。

3.根据权利要求2所述的提高加速度计校准精度的方法，其特征在于，所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数包括阈值、分辨率、非线性度、幅频特性和幅值线性度。

4.一种提高加速度计校准精度的装置，其特征在于，包括线加速度模拟转台、加速度计和误差校准系统，所述加速度计固定在所述线加速度模拟转台的随动台上；

所述误差校准系统包括：

第一获取模块，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在零位时，使线加速度模拟转台的输出加速度为预设的多个加速度值，获取所述加速度计输出值U₀₁，…，U_m1，…，U_n1；其中，所述加速度计敏感轴的方向与线加速度模拟转台上的稳速台旋转时的离心加速度的方向相同；所述的多个加速度值为a₀，a₁=a₀+Δa，…，a_m，…，a_n=a₀+nΔa，a₀为预设的加速度初始值，Δa为预设的加速度步进值，n为大于或等于1的整数；

第二获取模块，用于在所述线加速度模拟转台上的随动台定位在180度时，使线加速度模拟转台的输出加速度为所述预设的多个加速度值，获取所述加速度计的输出值U₀₂，…，U_m2，…，U_n2；

误差获取模块，用于根据如下任一公式获得所述加速度计在所述线加速度模拟转台上的安装位置误差；

$\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=1-\frac{1}{K_1}\frac{U_{n1}-U_{(n-m)1}}{a_n-a_{n-m}}$ 或 $\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{K_1}\frac{U_{n2}-U_{(n-m)2}}{a_{(n-m)}-a_n}-1;$

其中，

为所述安装位置误差，R为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与随动台旋转中心之间的距离，R₁为线加速度模拟转台中稳速台旋转中心与加速度计的检测质量质心之间的距离，ΔR=R-R₁， $K_1=\stackrel{\‾}{K_1}=\frac{(K_{11}+......+K_{n1})}{n};$ $K_{i1}=\frac{U_{i1}-U_{i2}}{2a_i},i\∈[1,n].$

5.根据权利要求4所述的提高加速度计校准精度的装置，其特征在于，所述误差校准系统还包括误差修正模块，用于根据所述安装位置误差，修正所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数。

6.根据权利要求5所述的提高加速度计校准精度的装置，其特征在于，所述加速度计的静态标定参数和动态标定参数包括阈值、分辨率、非线性度、幅频特性和幅值线性度。

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