CN104655876A - 一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 - Google Patents
一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104655876A CN104655876A CN201510046780.8A CN201510046780A CN104655876A CN 104655876 A CN104655876 A CN 104655876A CN 201510046780 A CN201510046780 A CN 201510046780A CN 104655876 A CN104655876 A CN 104655876A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- msub
- mrow
- mfrac
- mtr
- mtd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 5
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法,包括以下几个步骤:步骤一、获取恒加速度与振动复合的标准加速度;步骤二、获得线加速度计的整流误差模型;步骤三、确定线加速度计的整流误差模型中的参数,完成校准。本发明为线加速度计的校准提供一种新的方法,能够实现对恒加速度和振动复合输入的线加速度计校准,完善线加速度计性能的测试,提高线加速度计在实际使用当中的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒加速度和振动复合情况下的加速度计校准方法,属于加速度传感器计量技术领域。
背景技术
加速度计是惯性导航、惯性制导以及惯性测量技术中不可或缺的关键器件。在军事领域及民用领域都有广泛用途。加速度计是一种利用敏感质量的惯性力或其他方式来测量线加速度或者角加速度的装置,分别称为线加速度计和角加速度计。一个典型的线加速度计具有三个轴,即输入轴(input axis,IA),输出轴(output axis,OA)和摆轴(pendulous axis,PA),这三个轴恰好构成一个直角坐标系。如图1所示。其中,该直角坐标系的原点是加速度计的等效质量中心(effective centre of mass)。
线加速度计的校准旨在解决线加速度计静态误差模型辨识的问题,提高实际工况下线加速度计的使用精度。目前已有技术中的线加速度计校准是指建立稳态的标准输入加速度与线加速度计输出之间的函数关系。该函数关系包含了线加速度计各种误差因素的影响,所以也称为线加速度计的静态误差模型。线加速度计静态误差模型的一般形式是多项式的形式,如公式(1)所示。
E=K0+K1ai+K2ai 2+K3ai 3+K4aiao+
K5aiap+K6aoap+K7ao+K8ap+K9ap 2+ε (1)
其中,E为加速度计静态误差模型的输出;ai、ao和ap分别是输入加速度向量(用符号a表示)分别在输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)上的投影;Kn′是模型系数,n′=0,1,2,…,9;其中,K0是零位偏置,K1是尺度因子,K0和K1是线性系数;K2至K9是非线性系数;ε是测量噪声。
一般而言,线加速度计的校准有精密离心机法校准、振动台校准、重力场校准、双离心机法校准、电流(或电压)激励校准等。现有的校准方法,都是在标准的试验环境下,引入复现的标准加速度。标准加速度一般是单一的恒加速度,或者是振动,极少考虑到复合加速度作为被校准传感器输入的情况。事实上,单一的加速度在实际工况条件下是不存在的。任何线加速度计在工作环境中都同时受到多种加速度的复合作用。多种加速度的复合作用会引起加速度输出特性的变化。这种变化在单一的加速度试验条件下是无法得到测试的。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,提出一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法,考虑了输入加速度是由恒加速度与振动组合而成的情况,实现对恒加速度和振动复合输入的线加速度计校准。
一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法,包括以下几个步骤:
步骤一、获取恒加速度与振动复合的标准加速度;
步骤二、获得线加速度计的整流误差模型;
步骤三、确定线加速度计的整流误差模型中的参数,完成校准。
本发明的优点在于:
本发明为线加速度计的校准提供一种新的方法,能够实现对恒加速度和振动复合输入的线加速度计校准,完善线加速度计性能的测试,提高线加速度计在实际使用当中的精度。另外,本发明使用的是恒加速度和振动复合输入产生的加速度计整流误差特性,而不是现有的基于振动加速度的加速度计整流误差特性,本专利扩展了整流误差的使用范围。
附图说明
图1为现有技术中线加速度计的输入轴、输出轴和摆轴的典型结构示意图;
图2为本发明具体实施方式中恒加速度和振动复合情况的线加速度计校准方法操作流程示意图;
图3为本发明具体实施方式中安装被测加速度计的4种形式示意图;
其中:
图3(a)为第一种安装形式示意图;
图3(b)为第二种安装形式示意图;
图3(c)为第三种安装形式示意图;
图3(d)为第四种安装形式示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法,流程如图2所示,包括以下几个步骤:
步骤一、获取恒加速度与振动复合的标准加速度,其向量形式用公式(2)表示。
a=ac+av+g (2)
其中,a是恒加速度与振动复合的标准加速度向量;ac是恒加速度向量,av是振动向量,g是重力加速度向量。
标准加速度向量a在加速度计输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)上的投影可以表示为:
其中,ai、ao和ap分别是标准加速度向量a在输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)方向的投影;相应地,avi、avo和avp分别是振动向量av在输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)方向的投影;aci、aco和acp是恒加速度向量ac在输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)方向的投影;gi、go和gp是重力加速度向量g在输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)方向的投影;ω是振动的角速率;t表示振动对应的时刻,即:其中,T表示振动的周期;N表示振动周期内的振动的采样点数量;n表示采样点的序号,0≤n≤N。
步骤二、获得线加速度计的整流误差模型。
在步骤一操作的基础上,得到线加速度计的整流误差模型,具体操作步骤为:
步骤2.1:建立加速度计静态误差模型,如公式(4)所示。
Y=K0+Kiai+Kiiai 2+Kiiiai 3+Kioaiao+Kipaiap+ε (4)
其中,Y是线加速度计的输出量;K0是零位偏置;Ki是标度因数;Kii是二阶非线性系数;Kiii是三阶非线性系数;Kip是输入轴(IA)和摆轴(PA)的交叉耦合系数;Kio是输入轴(IA)和输出轴(OA)的交叉耦合系数;ε为包含其他随机误差项。
步骤2.2:将步骤一得到的标准加速度向量a在加速度计输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)上的投影ai、ao和ap带入到公式(4),通过对线加速度计的校准,得到零位偏置K0和标度因数Ki的值。
所述对线加速度计的校准,得到零位偏置K0和标度因数Ki的值的方法包括精密离心机校准法或者振动台校准法或者重力场校准法。
步骤2.3:将整个测试的时间长度为3mT,T为振动的周期,m为正整数,且m∈[20,50]。在测试的时间长度3mT内,将公式(4)对应的加速度计的输出量进行算术平均,如公式(5)所示:
其中,表示测试的时间长度3mT内加速度计的输出量的算术平均值;表示其他随机误差项ε在测试时间长度3mT内的算术平均值,其可忽略,即
步骤2.4:通过公式(6)得到只有恒加速度作用时,整个测试的时间长度3mT内线加速度计的输出量的算术平均值(用符号表示)。
其中,表示其他随机误差项ε在测试时间长度3mT内的算术平均值,其可忽略,即
步骤2.5:用公式(5)减公式(6)得到初步整流误差表达式,如公式(7)所示:
其中,Δ(dc)是初步整流误差;ΔK0是零位偏置在振动状态下与静止状态下的差值,其包含了公式(5)和(6)两种情况下其他未建模误差引起的测量误差。
步骤2.6:经过数据拟合,对零位偏置在振动状态下与静止状态下的差值ΔK0进行消除,可得到无零位偏置的整流误差(用符号Erec表示),如公式(8)所示。
公式(8)即线加速度计的整流误差模型。
步骤三、确定线加速度计的整流误差模型中的参数。
在步骤二操作的基础上,确定线加速度计的整流误差模型中的4个参数Kii、Kiii、Kip和Kio。
步骤3.1:设计试验方案,采用M种不同的形式安装被测加速度计进行试验,得到M组实验数据。其中,M是大于3的整数。
步骤3.2:将M组数据分别带入到公式(8),得到M个方程组成的方程组。通过对方程组求解,可以得到整流误差模型中的参数Kii、Kiii、Kip和Kio,完成校准。
实施例:
本实施例中采用恒加速度和振动复合情况的线加速度计校准方法对线加速度计进行校准,其操作流程如图2所示,具体操作步骤为:
步骤一、获取恒加速度与振动复合的标准加速度,其向量形式用公式(2)表示。
标准加速度向量a在加速度计输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)上的投影如公式(3)所示。
步骤二、获得线加速度计的整流误差模型。
在步骤一操作的基础上,得到线加速度计的整流误差模型。具体操作步骤为:
步骤2.1:建立加速度计静态误差模型,如公式(4)所示。
步骤2.2:将步骤一得到的标准加速度向量a在加速度计输入轴(IA)、输出轴(OA)和摆轴(PA)上的投影ai、ao和ap带入到公式(4),通过精密离心机校准法或者振动台校准法或者重力场校准法对线加速度计进行校准,得到零位偏置K0和标度因数Ki的值。
步骤2.3:将整个测试的时间长度为3mT;T为振动的周期,m=50。在测试的时间长度3mT内,通过公式(5)对应的加速度计的输出量进行算术平均。
步骤2.4:通过公式(6)得到只有恒加速度作用时,整个测试的时间长度3mT内线加速度计的输出量的算术平均值
步骤2.5:用公式(5)减公式(6)得到初步整流误差表达式,如公式(7)所示。
步骤2.6:经过数据拟合,对零位偏置在振动状态下与静止状态下的差值ΔK0进行消除,可得到无零位偏置的整流误差Erec。公式(8)即为线加速度计的整流误差模型。
步骤三、确定线加速度计的整流误差模型中的参数。
在步骤二操作的基础上,确定线加速度计的整流误差模型中的4个参数Kii、Kiii、Kip和Kio。
步骤3.1:设计试验方案,采用4种不同的形式安装被测加速度计进行试验,得到4组实验数据。安装被测加速度计的4种形式分别如图3(a)至3(d)所示,图中,○表示加速度计的对应的轴垂直指向纸面向外,表示加速度计的对应的轴垂直指向纸面向内。
步骤3.2:将4组数据分别带入到公式(8),得到M个方程组成的方程组,如公式(9)所示。通过对方程组求解,得到整流误差模型中的参数Kii、Kiii、Kip和Kio,如公式(10)所示,完成校准。
其中,和分别表示在4种不同的形式安装被测加速度计的情况下得到的4个无零位偏置的整流误差值。
本发明的主要内容已通过上述优选实例作了详细介绍,应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (1)
1.一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法,包括以下几个步骤:
步骤一、获取恒加速度与振动复合的标准加速度,其向量形式用公式(2)表示;
a=ac+av+g (2)
其中,a是恒加速度与振动复合的标准加速度向量,ac是恒加速度向量,av是振动向量,g是重力加速度向量;
标准加速度向量a在加速度计输入轴、输出轴和摆轴上的投影表示为:
其中,ai、ao和ap分别是标准加速度向量a在输入轴、输出轴和摆轴方向的投影;相应地,avi、avo和avp分别是振动向量av在输入轴、输出轴和摆轴方向的投影;aci、aco和acp是恒加速度向量ac在输入轴、输出轴和摆轴方向的投影;gi、go和gp是重力加速度向量g在输入轴、输出轴和摆轴方向的投影;ω是振动的角速率;t表示振动对应的时刻,即:其中,T表示振动的周期;N表示振动周期内的振动的采样点数量;n表示采样点的序号,0≤n≤N;
步骤二、获得线加速度计的整流误差模型;
具体操作步骤为:
步骤2.1:建立加速度计静态误差模型,如公式(4)所示;
Y=K0+Kiai+Kiiai 2+Kiiiai 3+Kioaiao+Kipaiap+ε (4)
其中,Y是线加速度计的输出量,K0是零位偏置,Ki是标度因数,Kii是二阶非线性系数,Kiii是三阶非线性系数,Kip是输入轴和摆轴的交叉耦合系数;Kio是输入轴和输出轴的交叉耦合系数;ε为包含其他随机误差项;
步骤2.2:将步骤一得到的标准加速度向量a在加速度计输入轴、输出轴和摆轴上的投影ai、ao和ap带入到公式(4),通过对线加速度计的校准,得到零位偏置K0和标度因数Ki的值;
步骤2.3:将整个测试的时间长度为3mT,T为振动的周期,m为正整数,且m∈[20,50];在测试的时间长度3mT内,将公式(4)对应的加速度计的输出量进行算术平均,如公式(5)所示:
其中,表示测试的时间长度3mT内加速度计的输出量的算术平均值,表示其他随机误差项ε在测试时间长度3mT内的算术平均值;
步骤2.4:通过公式(6)得到只有恒加速度作用时,整个测试的时间长度3mT内线加速度计的输出量的算术平均值
其中,表示其他随机误差项ε在测试时间长度3mT内的算术平均值;
步骤2.5:用公式(5)减公式(6)得到初步整流误差表达式,如公式(7)所示:
其中,Δ(dc)是初步整流误差,ΔK0是零位偏置在振动状态下与静止状态下的差值;
步骤2.6:经过数据拟合,对零位偏置在振动状态下与静止状态下的差值ΔK0进行消除,得到无零位偏置的整流误差Erec,如公式(8)所示;
公式(8)即线加速度计的整流误差模型;
步骤三、确定线加速度计的整流误差模型中的参数;
在步骤二操作的基础上,确定线加速度计的整流误差模型中的4个参数Kii、Kiii、Kip和Kio;
步骤3.1:设计试验方案,采用M种不同的形式安装被测加速度计进行试验,得到M组实验数据;其中,M是大于3的整数;
步骤3.2:将M组数据分别带入到公式(8),得到M个方程组成的方程组,通过对方程组求解,得到整流误差模型中的参数Kii、Kiii、Kip和Kio,完成校准。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510046780.8A CN104655876B (zh) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510046780.8A CN104655876B (zh) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104655876A true CN104655876A (zh) | 2015-05-27 |
CN104655876B CN104655876B (zh) | 2017-08-08 |
Family
ID=53247248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510046780.8A Expired - Fee Related CN104655876B (zh) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104655876B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106248106A (zh) * | 2016-09-18 | 2016-12-21 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 精密离心机和精密温控装置复合的校准设备 |
CN106441358A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种离心‑气压复合校准装置 |
CN108917788A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-30 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种全姿态惯性平台系统加速度计动态精度的测试方法和系统 |
CN111289773A (zh) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | 航天科工惯性技术有限公司 | 一种加速度计振动整流误差试验装置及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102636184A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 无角运动环境下基于离心机的挠性陀螺比力敏感项标定方法 |
CN102636185A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 基于带单轴反转台离心机的挠性陀螺比力敏感项非线性测试方法 |
CN102680004A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种挠性陀螺位置姿态测量系统pos的标度因数误差标定与补偿方法 |
CN103234554A (zh) * | 2012-05-07 | 2013-08-07 | 北京航空航天大学 | 一种加速度计二次项误差的系统级拟合标定方法 |
-
2015
- 2015-01-29 CN CN201510046780.8A patent/CN104655876B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102636184A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 无角运动环境下基于离心机的挠性陀螺比力敏感项标定方法 |
CN102636185A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-15 | 北京航空航天大学 | 基于带单轴反转台离心机的挠性陀螺比力敏感项非线性测试方法 |
CN103234554A (zh) * | 2012-05-07 | 2013-08-07 | 北京航空航天大学 | 一种加速度计二次项误差的系统级拟合标定方法 |
CN102680004A (zh) * | 2012-05-30 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种挠性陀螺位置姿态测量系统pos的标度因数误差标定与补偿方法 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
乔仁晓 等: "加速度计非线性项系数校准误差分析与建模", 《系统仿真学报》 * |
乔仁晓 等: "环境力对离心机特性影响与补偿的分析建模", 《测试技术学报》 * |
卫三民 等: "离心机高精度转速控制系统的研制", 《清华大学学报(自然科学版)》 * |
廖建平 等: "基于双离心机的线加速度计动态校准", 《测试技术学报》 * |
董雪明 等: "基于条件数理论的加速度计校准方案优化", 《计量技术》 * |
董雪明 等: "基于离心-振动复合系统的加速度模型", 《测试技术学报》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106248106A (zh) * | 2016-09-18 | 2016-12-21 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 精密离心机和精密温控装置复合的校准设备 |
CN106441358A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种离心‑气压复合校准装置 |
CN106441358B (zh) * | 2016-09-18 | 2018-08-03 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种离心-气压复合校准装置 |
CN108917788A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-30 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种全姿态惯性平台系统加速度计动态精度的测试方法和系统 |
CN111289773A (zh) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | 航天科工惯性技术有限公司 | 一种加速度计振动整流误差试验装置及方法 |
CN111289773B (zh) * | 2018-12-06 | 2022-08-09 | 航天科工惯性技术有限公司 | 一种加速度计振动整流误差试验装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104655876B (zh) | 2017-08-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108592952B (zh) | 基于杆臂补偿与正反倍速率同时标定多mimu误差的方法 | |
CN104655876B (zh) | 一种恒加速度和振动复合输入情况下的线加速度计校准方法 | |
CN103323625B (zh) | 一种mems-imu中加速度计动态环境下的误差标定补偿方法 | |
CN110879302B (zh) | 一种石英谐振差动式加速度计温度补偿方法 | |
CN108008152B (zh) | 获取mems加速度计的寄生失配电容的方法及装置 | |
CN109323711A (zh) | 一种陀螺仪模态反转零位自校正方法及系统 | |
CN101949710A (zh) | Gnss辅助mems惯性传感器零偏的快速在线动态标定方法 | |
CN105628976A (zh) | Mems加速度传感器性能参数标定方法、处理器及系统 | |
CN102393210A (zh) | 一种激光陀螺惯性测量单元的温度标定方法 | |
CN101158582A (zh) | 一种mems陀螺仪的差分测量方法 | |
CN102778240B (zh) | 一种基于物理模型的陀螺贮存寿命加速试验方案确定方法 | |
CN104237565B (zh) | 微机械加速度计温度系统的测试与标定方法 | |
CN104237564B (zh) | 一种应用于石英挠性加速度计的高精度动态标校方法 | |
CN113155114A (zh) | Mems惯性测量单元陀螺零位的温度补偿方法及装置 | |
CN107356387A (zh) | 一种模态试验中多传感器附加质量消除方法 | |
CN103235155A (zh) | 一种具有全桥微梁结构的压阻式加速度传感器 | |
KR101658473B1 (ko) | Mems자이로스코프의 가속도 민감도 보정 방법 | |
Marinov et al. | Allan variance analysis on error characters of low-cost MEMS accelerometer MMA8451Q | |
Naranjo | Analysis and modeling of MEMS based inertial sensors | |
US11619492B2 (en) | Sensor linearization based upon correction of static and frequency-dependent non-linearities | |
Shen et al. | A new calibration method for low cost MEMS inertial sensor module | |
CN103954351A (zh) | 一种空间飞行器微角振动的测量方法 | |
CN105928544A (zh) | 微惯性测量组合单元的快速自标定方法及装置 | |
CN110988400A (zh) | 一种mems加速度计组合标定方法及标定装置 | |
CN112798993B (zh) | 基于加速度计测量永磁材料温度系数的装置及测量方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170808 Termination date: 20200129 |