CN104914485A - 加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其主要技术特点是：将精密单轴旋转装置安装在基座上，将被测加速度计安装在精密轴旋转装置上且在基座上安装参考加速度计；将被测加速度计和参考加速度计的力反馈回路连接采样电阻后接地；记录初始时精密单轴旋转装置角位置，依次旋转分度头，使得被测加速度计依次减少或增加；计算每一步的输出增量并与被测加速度计输入加速度变化量比较求差，判断被测加速度计是否具备1×10^-8g量级分辨率。本发明通过加入参考加速度计完成被测加速度计的微小分辨率测试，有效抑制了由环境噪声引起的基座振动，抵消做为两个加速度计共模输入的垂向基座振动，从而有效抑制的环境振动噪声的影响。

Description

加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法

技术领域

本发明属于重力梯度仪技术领域，具体涉及一种加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法。

背景技术

旋转加速度计重力梯度仪由安装在惯性稳定平台上正交的三套重力梯度敏感器组成，重力梯度敏感器是一个精密单轴旋转装置，其旋转台体上安装一组(四个)高精度加速度计，从四个加速度计输出电流和中可解调得到旋转台体所在平面的重力梯度张量分量信号。由于重力梯度是非常微弱的信号，要求用于重力测量的加速度计具有优于10^-8g水平的分辨率。测量垂直平面梯度分量的加速度计要承受1g的输入加速度，加速度计在1g加速度输入激励下的分辨率是评价加速度计对重力梯度测量适用程度以及预期重力梯度测量性能的重要指标。但测量加速度计在1g输入激励时10^-8g量级分辨率面临两个难题：其一是要求测试要求优于10^-8g的隔振基座，这是一般实验室难以满足的；其二是加速度计在1g时输出电压一般为几伏到十几伏，在这样的量程下要测量到10^-7伏到10^-8伏，一般的精密电压测量仪表难以满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高的加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，包括以下步骤：

步骤1、将精密单轴旋转装置安装在基座上且精密单轴旋转装置的旋转轴在水平面内，将被测加速度计安装在精密轴旋转装置且被测加速度计的敏感轴为垂直方向，在所述基座上安装一台与被测加速度计同型号的参考加速度计且参考加速度计的敏感轴为垂直方向；

步骤2、将被测加速度计和参考加速度计的力反馈回路连接采样电阻后接地，使用精密电压表采集采样电阻的电压作为测试输出；

步骤3、记录初始时精密单轴旋转装置角位置，此时被测加速度计敏感轴竖直向下，输入加速度为重力加速度g，依次旋转精密单轴旋转装置，使得被测加速度计的输入按1×10^-8g步长依次减少或增加；

步骤4、依次记录被测加速度计测试输出，计算每一步的输出增量，与相应的被测加速度计输入加速度变化量比较求差，若差值小于被测加速度计输入加速度变化量的50％，则说明被测加速度计具备1×10^-8g量级分辨率。

而且，所述被测加速度计、参考加速度计均为挠性加速度计。

而且，所述精密单轴旋转装置为单轴分度头或单轴位置转台

而且，所述参考加速度计敏感轴方向与被测加速度计方向相同或相反。

而且，所述步骤2按以下两种形式之一处理：

(1)当两个加速度计敏感轴方向相同时，两个加速度计力反馈回路连接形式为：被测加速度计和参考加速度计力矩器电流汇集于一点，之后共同流经采样电阻后接地，用精密电压表采集采样电阻两端的电压作为测试输出；

(2)当两个加速度计敏感轴方向相反时，两个加速度计力反馈回路连接形式为：两个加速度计力反馈回路独立，加速度计力矩器电流分别流经各自的采样电阻之后于同一点接地，用精密电压表采集两个加速度计采样电阻非接地端的电压差作为测试输出。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过加入参考加速度计C完成被测加速度计A的微小分辨率测试，有效抑制了由环境噪声引起的基座振动，无论是被测加速度计与参考加速度计反向安装再采集两个加速度计力矩器电流和流经的电阻电压(如图2所示情况)，还是被测加速度计与参考加速度计同向安装采集其各自采样电阻的电压差(如图3所示情况)，均可以抵消做为两个加速度计共模输入的垂向基座振动，从而有效抑制的环境振动噪声的影响。

2、本发明有效缩小了电压测量量程。单独测试被测加速度计A的分辨率时，须在1g输入下测量1×10^-8g量级分辨率，测量范围需覆盖8个数量级。使用参考加速度计C，测试输出中1g作为两个加速度计共模入将被抵消，抵消的程度取决于两个加速度计敏感轴的不对准角，不对准角是由两个加速度计安装误差和测试中被测加速度计A的旋转造成的，两个加速度计敏感轴的不对准角可控制在20arc min以内，则测试输出的信号将在4×10^-5g以内，此时测试1×10^-8g量级分辨率的量程范围为3-4数量级，在图2和图3中系统输出的测试电压可放大器放后进行电压测量，一般的精密电压表即可满足测试要求。

附图说明

图1为被测加速度计与参考加速度计布置示意图；

图2为被测加速度计与参考加速度计力反馈测量回路第一种连接示意图；

图3为被测加速度计与参考加速度计力反馈测量回路第二种连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，是测试基于模拟力反馈控制回路的挠性加速度计在1g加速度输入激励时10^-8g量级分辨率，包括以下步骤：

步骤1、将精密单轴旋转装置安装在基座上且精密单轴旋转装置的旋转轴在水平面内，将被测加速度计A安装在精密轴旋转装置且被测加速度计的敏感轴为垂直方向，在所述基座上安装一台与被测加速度计A同型号的参考加速度计C且参考加速度计的敏感轴为垂直方向，如图1所示。

在本步骤中，被测加速度计A、参考加速度计C均为挠性加速度计。精密单轴旋转装置可选用精密单轴分度头或单轴位置转台，被测加速度计A敏感轴(输入轴)沿竖直方向安装在精密单轴旋转装置上，参考加速度计C的敏感轴沿垂直方向，被测加速度计A和参考加速度计C敏感轴的方向可以采用相同和相反两种方式。

步骤2、将被测加速度计A和参考加速度计C的力反馈回路连接采样电阻后接地，使用精密电压表采集采样电阻的电压U作为测试输出。

当两个加速度计敏感轴方向相同时，两个加速度计力反馈回路按图2所示进行连接，即加速度计A和参考加速度计C力矩器电流汇集于T点，之后共同流经采样电阻R_ac后接地，用精密电压表(精度6位半或以上均可)采集采样电阻R_ac两端的电压Y₁作为测试输出，计算A_out＝Y₁/K作为加速度计A分辨率测试输出，其中K是加速度计的标度，其大小通过采用电阻R_ac进行适当调节，一般可取1000V/g，则1×10^-8g对应10μV。

当两个加速度计敏感轴方向相反时，两个加速度计力反馈回路按图3所示进行连接，即两个加速度计力反馈回路独立，加速度计力矩器电流分别流经各自的采样电阻之后于同一点接地，用精密电压表(精度6位半或以上均可)采集两个加速度计采样电阻非接地端的电压差Y₂作为测试输出。

进行加速度计分辨率测量时，被测加速度计A安装于精密单轴旋转装置上，其敏感轴沿垂直方向向下，此时被测加速度计A敏感的输入加速度为g。精密单轴旋转装置按预定步长序列旋转，被测加速度计A敏感轴将逐步偏离垂直方向，若旋转装置第i步旋转后被测加速度计A敏感轴偏离垂直方向角度α_i，此时被测加速度计A输入加速度为gcos(α_i)；经计算，当旋转步长为几十角秒时，被测加速度计A的输入加速度变化步长可达1×10^-8g量级。同时参考加速度计C位于基座上，敏感轴垂直向上，其输入加速度为-g，在测试过程中其输入加速度没有变化，因此测试系统输出Y₁(如图2所示)的变化仅有被测加速度计A的输入加速度变化引起，当输入加速度随旋转装置旋转按预设的步长(1×10^-8g量级)变化时，测试输出Y₁应能跟随输入的变化，当Y₁的变化超过相应输入加速度变化步长的50％，则表明被测加速度计A具有相应量级的分辨率。

步骤3、记录初始时精密单轴旋转装置(分度头)角位置读数φ₀，此时被测加速度计A敏感轴竖直向下，输入加速度为重力加速度g，依次旋转分度头，使得被测加速度计A的输入按1×10^-8g步长依次减少或增加。精密单轴旋转装置(分度头)旋转位置和被测加速度计A敏感轴位置变化和输入加速度变化见表1。(此处给出分度头旋转方式仅为一种参考，可自行确定旋转方式和旋转步序)

表1分度头旋转位置与被测加速度计A输入加速度变化关系

步骤4、依次记录被测加速度计A测试系统输出，计算每一步的输出增量，与相应的被测加速度计A输入加速度变化量比较求差，若差值(绝对值)小于被测加速度计A输入加速度变化量(绝对值)的50％，则说明被测加速度计A具备1×10^-8g量级分辨率。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将精密单轴旋转装置安装在基座上且精密单轴旋转装置的旋转轴在水平面内，将被测加速度计安装在精密轴旋转装置且被测加速度计的敏感轴为垂直方向，在所述基座上安装一台与被测加速度计同型号的参考加速度计且参考加速度计的敏感轴为垂直方向；

步骤2、将被测加速度计和参考加速度计的力反馈回路连接采样电阻后接地，使用精密电压表采集采样电阻的电压作为测试输出；

步骤3、记录初始时精密单轴旋转装置角位置，此时被测加速度计敏感轴竖直向下，输入加速度为重力加速度g，依次旋转精密单轴旋转装置，使得被测加速度计的输入按1×10^-8g步长依次减少或增加；

步骤4、依次记录被测加速度计测试输出，计算每一步的输出增量，与相应的被测加速度计输入加速度变化量比较求差，若差值小于被测加速度计输入加速度变化量的50％，则说明被测加速度计具备1×10^-8g量级分辨率。

2.根据权利要求1所述的加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其特征在于：所述被测加速度计、参考加速度计均为挠性加速度计。

3.根据权利要求1所述的加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其特征在于：所述精密单轴旋转装置为单轴分度头或单轴位置转台。

4.根据权利要求1所述的加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其特征在于：所述参考加速度计敏感轴方向与被测加速度计方向相同或相反。

5.根据权利要求1至4任一项所述的加速度计在1g输入激励下的分辨率测试方法，其特征在于：所述步骤2按以下两种形式之一处理：

(1)当两个加速度计敏感轴方向相同时，两个加速度计力反馈回路连接形式为：被测加速度计和参考加速度计力矩器电流汇集于一点，之后共同流经采样电阻后接地，用精密电压表采集采样电阻两端的电压作为测试输出；

(2)当两个加速度计敏感轴方向相反时，两个加速度计力反馈回路连接形式为：两个加速度计力反馈回路独立，加速度计力矩器电流分别流经各自的采 样电阻之后于同一点接地，用精密电压表采集两个加速度计采样电阻非接地端的电压差作为测试输出。