CN105652038B - 一种超高精度加速度计批量性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于测试技术领域，涉及一种超高精度加速度计批量性能测试系统,包括隔离地基1、自动转台2、信号采集器3、温控箱及固定夹具4、多路I/U转换器5、恒温油槽6、单路I/U转换器7、滤波器8、高精度数字电压表9、顺序控制器10、精密恒流源11、AV净化稳压电源12、多路AC/DC直流电源13、计算机14、加速度计产品15。

Description

一种超高精度加速度计批量性能测试系统

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及一种超高精度加速度计批量性能测试系统及方法。

背景技术

加速度计是惯性系统最关键的惯性元件之一，惯性系统的精度在很大程度上取决于加速度计的精度，随着惯性导航、制导系统的发展，研发出综合性能优于10^-5g的超高精度加速度计产品越来越迫切、组建对超高精度加速度计产品性能进行批量精确测试及标定的加速度计多通道性能测试系统越来越重要。

超高精度加速度计一般为闭环摆式加速度计，加速度计采用电流输出方式,这使得输出信号具有抗干扰能力强,线损耗误差小等优点，但其标度因数常仅在2mA/g以下,输出的为一微弱电流信号且加速度计的输出会随着环境温度的变化而变化，如何降低温度对加速度计的影响、提高I/U转换精确度、提高抗干扰能力、正确还原加速度计的实际信息防止实际信号淹没在噪声中是组建测试系统的关键点。常用的高精度加速度计批量性能测试系统包括隔离地基1、自动转台2、温控箱及固定夹具3、I/U转换器4、多通道转换开关5、高精度数字电压表6、AC/DC直流电源7、加速度计产品8,参见附图1，隔离地基1和自动转台2为加速度计9提供稳定的角度信号，使加速度计9产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，每一个加速度计9的输出端都连接在I/U转换单元4上，经I/U转换生成的电压信号U1∽Un(其中U1＝I1*R1,Un＝In*Rn)连接在多通道转换开关5的输入端，在计算机14对多通道转换开关5及高精度数字电压表6的分时控制下，完成对加速度计9输出信号U1∽Un的采集功能。可见电阻R1∽Rn是I/U转换单元4的核心元件,电阻R1∽Rn的稳定性和精确性直接决定了加速度计9的稳定性和精确性等性能，由于R1∽Rn的阻值大小和温度系数存在差异且装配焊接后各自特性的变化量又会不同，常常出现同一只加速度计9在不同的测试通道测试时其性能指标存在差异、无法对高精度加速度计进行精确分析及精密标定，同时由于R1∽Rn为高精度、低温度系数的精密电阻，随着R1∽Rn的增多会使成本增高；常用的高精度加速度计批量性能测试系统中的R1∽Rn又常暴露在空气中，由于试验场地温度在不同的季节也存在较大的差别，就是按严格的加速度计试验规范(如GJB1037)规定的试验室试验条件15℃∽35℃，试验场地温度也会发生20℃的变化，目前R1∽Rn最好的温度系数为1ppm,则在不同的季节对高精度加速度计长期重复性测试时会产生20ppm的变化量；常用的高精度加速度计批量性能测试系统中的加速度计共用一个AC/DC直流电源7，当AC/DC直流电源7出现异常或某只加速度计内部伺服线路出现短路等故障时，会使所有通道的加速度计试验失败或产生错误的测试数据，同时由于AC/DC直流电源7通过电气接口及导线与加速度计9电源端相连接，当连接导线距离较长时，在加速度计9电源端会耦合干扰信号，常常会影响加速度计9的输出稳定性；常用的高精度加速度计批量性能测试系统中的高精度电压表6等精密设备直接使用的是试验室动力电源AC，无抗干扰稳压装置，当试验室AC电源波动时常使测试数据中出现尖峰、跳数等随机误差，造成对被试加速度计9性能的误判；常用的高精度加速度计批量性能测试系统中无自检校准装置，不利于通过软件补偿法消除因电气接口或多通道转换开关触电电阻变化等因素产生的阶段性固有误差；常用的高精度加速度计批量性能测试系统中由于未对温控箱及固定夹具3中的温度、实验室环境温度、供电电压等参数的综合监测，无法通过软件补偿法进一步提高加速度计9的测试精度。

发明内容

本发明的目的是：提出一种超高精度加速度计批量性能测试系统及方法，其可克服现有测试技术中同一只加速度计在不同的测试通道测试时其性能指标存在差异、加速度计长期重复性性能测试误差大、易受干扰、测试精度低等不足，还能消除测试系统阶段性固有误差、可通过软件补偿法进一步提高加速度计的标定精度，从而满足综合性能优于10^-5g的超高精度加速度计批量性能的测试需求。

本发明的技术方案是：一种超高精度加速度计批量性能测试系统及方法，包括隔离地基1、自动转台2、信号采集器3、温控箱及固定夹具4、多路I/U转换器5、恒温油槽6、单路I/U转换器7、滤波器8、高精度数字电压表9、顺序控制器10、精密恒流源11、AV净化稳压电源12、多路AC/DC直流电源13、计算机14、加速度计产品15,电源滤波器16，参见附图2，隔离地基1和自动转台2为加速度计15提供稳定的角度信号，使加速度计15产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，加速度计15的输出端一路经顺序控制器10中的继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2连接在多路I/U转换单元5输入端，在继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2闭合的情况下，加速度计15处于正常闭环工作状态；加速度计15的输出端另一路经顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1连接在单路I/U转换单元7输入端，在继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1中之一闭合(如K1-1闭合)而继电器Z1-2∽Zn-2对应的常闭开关断开(如K1-2断开)的情况下，电流信号I1∽In中的一个信号(如I1)经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝I1*RL或U0＝In*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，完成对加速度计15输出信号U1∽Un的采集功能，单路I/U转换器7中的精密电阻RL和滤波电容器CL浸没在恒温油槽6的绝缘油中，恒温油槽6的恒温精度优于0.05℃，通过计算机14对顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1和Z1-2∽Zn-2的分时控制实现常开开关K1-1∽Kn-1及常闭开关K1-2∽Kn-2的闭合/断开状态控制；加速度计15采用多路线性直流稳压程控AC/DC直流电源13，每组DC直流电源(+V/-V)相互独立，在加速度计15温控箱及固定夹具4上安装有电源滤波器16，用其消除或减小在加速度计15电源端耦合的干扰信号，AC/DC直流电源13各组DC直流电源输出端(+V/-V)通过导线及电气接口连接到电源滤波器16的输入端，电源滤波器16采用RC无源滤波方式其输出端通过导线及电气接口连接到加速度计15的电源输入端；精密恒流源11的电流输出端与控制继电器ZB的常开开关KB连接在单路I/U转换单元7输入端，在继电器ZB常开开关KB闭合而继电器Z1-1∽Zn-1的常开开关K1-1∽Kn-1断开的情况下，精密恒流源11的输出电流IB经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝IB*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端UI，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，实现对该UI电压信号的采集和存储，UI电压信号反映了单路I/U转换器7的I/U转换精准度、滤波器8的滤波效果、高精度数字电压表9采集误差等环节总的误差；滤波器8为两级RC无源滤波器，滤波器8的输入端通过导线及电气接口连接在单路I/U转换单元7输出端，滤波器8的输出端通过导线及电气接口连接在高精度数字电压表9的输入端；AV净化稳压电源12的输入端与实验室AC电源相连接，AV净化稳压电源12的输出端(ui)分别连接到高精度数字电压表9、精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13、计算机14的AC电源输入端；信号采集器3的输入端通过导线及电气接口分别与加速度计15的直流电源信号+V1∽+Vn、温度传感器T1∽Tn、实验室温度传感器Ts、温控箱及固定夹具4中的温度传感器Tw、恒温油槽6的温度传感器Ty相连接，信号采集器3的输出端通过数据线与计算机14通讯接口相连接。

超高精度加速度计批量性能测试系统的试验方法及工作步骤：将加速度计15依次安装到温控箱及固定夹具4上→开启AV净化稳压电源12的电源开关→依次开启精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13、高精度数字电压表9、恒温油槽6、计算机14的交流开关→延时3小时以上(目的使高精度数字电压表9、精密恒流源11处于稳定状态)→运行计算机14的控制采集程序→计算机14控制信号采集器3对各加速度计15供电电源信号、温度信号及实验室、温控箱、恒温油槽各环节的温度、数据采集→这些数据全部正常情况下→计算机14通过控制精密恒流源11及顺序控制器10对单路I/U转换器7、滤波器8、高精度数字电压表9进行自校准→依据试验内容，计算机14控制自动转台2为加速度计15提供角度信号→计算机14控制多路AC/DC直流电源13为各加速度计15提供DC直流电源→加速度计15便产生一个电流信号I1∽In→计算机14控制顺序控制器10实现常开开关K1-1∽Kn-1闭合→延时→计算机14依次控制顺序控制器10中继电器Z1-2∽Zn-2动作使常闭开关K1-2∽Kn-2依次断开，这时加速度计15的输出电流信号I1∽In便连接在单路I/U转换单元7输入端，电流信号I1∽In中的一个信号(如I1)经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝I1*RL或U0＝In*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端→计算机14对高精度数字电压表9的分时控制，依次完成对加速度计15输出信号U1∽Un的采集功能→数据采集完成后通过软件补偿法消除阶段性固有误差→关闭多路AC/DC直流电源13→关闭AV净化稳压电源12。

本发明的优点是：被测试的每一个加速度计在测试状态时共用同一个单路I/U转换器且该单路I/U转换器的核心电阻器R和电容器C浸没在恒温油槽中，可克服现有测试技术同一只加速度计在不同测试通道测试时其性能指标存在差异等不足且I/U转换器中的电阻器R因不会受环境温度影响可满足超高精度加速度计长期重复性的精密测试；通过采用精密恒流源、顺序控制器及软件补偿法可消除测试系统阶段性固有误差，使测试系统具有自标定功能；通过采用AV净化稳压电源及多路AC/DC直流电源提高了测试系统及被测加速度计的抗干扰能力；在I/U转换器与电压表间还增加了无源滤波器，提高了信噪比，通过对温控箱、环境温度、供电电压等参数的综合监测及软件补偿法进一步提高了加速度计的测试精度，是一套安全、可靠、自动化程度高、实用性强的一款超高精度加速度计批量性能测试系统。

附图说明

图1是常用的高精度加速度计批量性能测试系统组成示意图；

图2是本发明的高精度加速度计批量性能测试系统组成示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见附图2，一种超高精度加速度计批量性能测试系统及方法，包括隔离地基1、自动转台2、信号采集器3、温控箱及固定夹具4、多路I/U转换器5、恒温油槽6、单路I/U转换器7、滤波器8、高精度数字电压表9、顺序控制器10、精密恒流源11、AV净化稳压电源12、多路AC/DC直流电源13、计算机14、加速度计产品15,电源滤波器16，隔离地基1和自动转台2为加速度计15提供稳定的角度信号，使加速度计15产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，加速度计15的输出端一路经顺序控制器10中的继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2连接在多路I/U转换单元5输入端，在继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2闭合的情况下，加速度计15处于正常闭环工作状态；加速度计15的输出端另一路经顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1连接在单路I/U转换单元7输入端，在继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1中之一闭合(如K1-1闭合)而继电器Z1-2∽Zn-2对应的常闭开关断开(如K1-2断开)的情况下，电流信号I1∽In中的一个信号(如I1)经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝I1*RL或U0＝In*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，完成对加速度计15输出信号U1∽Un的采集功能，单路I/U转换器7中的精密电阻RL和滤波电容器CL浸没在恒温油槽6的绝缘油中，恒温油槽6的恒温精度优于0.05℃，通过计算机14对顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1和Z1-2∽Zn-2的分时控制实现常开开关K1-1∽Kn-1及常闭开关K1-2∽Kn-2的闭合/断开状态控制；加速度计15采用多路线性直流稳压程控AC/DC直流电源13，每组DC直流电源(+V/-V)相互独立，在加速度计15温控箱及固定夹具4上安装有电源滤波器16，用其消除或减小在加速度计15电源端耦合的干扰信号，AC/DC直流电源13各组DC直流电源输出端(+V/-V)通过导线及电气接口连接到电源滤波器16的输入端，电源滤波器16采用RC无源滤波方式其输出端通过导线及电气接口连接到加速度计15的电源输入端；精密恒流源11的电流输出端与控制继电器ZB的常开开关KB连接在单路I/U转换单元7输入端，在继电器ZB常开开关KB闭合而继电器Z1-1∽Zn-1的常开开关K1-1∽Kn-1断开的情况下，精密恒流源11的输出电流IB经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝IB*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端UI，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，实现对该UI电压信号的采集和存储，UI电压信号反映了单路I/U转换器7的I/U转换精准度、滤波器8的滤波效果、高精度数字电压表9采集误差等环节总的误差；滤波器8为两级RC无源滤波器，滤波器8的输入端通过导线及电气接口连接在单路I/U转换单元7输出端，滤波器8的输出端通过导线及电气接口连接在高精度数字电压表9的输入端；AV净化稳压电源12的输入端与实验室AC电源相连接，AV净化稳压电源12的输出端(ui)分别连接到高精度数字电压表9、精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13、计算机14的AC电源输入端；信号采集器3的输入端通过导线及电气接口分别与加速度计15的直流电源信号+V1∽+Vn、温度传感器T1∽Tn、实验室温度传感器Ts、温控箱及固定夹具4中的温度传感器Tw、恒温油槽6的温度传感器Ty相连接，信号采集器3的输出端通过数据线与计算机通讯接口相连接。

超高精度加速度计批量性能测试系统的试验方法及工作步骤：将加速度计15依次安装到温控箱及固定夹具4上→开启AV净化稳压电源12的电源开关→依次开启精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13、高精度数字电压表9、恒温油槽6、计算机14的交流开关→延时3小时以上(目的使高精度数字电压表9、精密恒流源11处于稳定状态)→运行计算机14的控制采集程序→计算机14使信号采集器3对加速度计15的直流电源信号+V1∽+Vn、加速度计15的内部温度(传感器T1∽Tn)、实验室温度(传感器Ts)、温控箱及固定夹具4中的温度(传感器Tw)、恒温油槽6的温度(传感器Ty)数据采集→这些数据正常情况下→计算机14使精密恒流源11输出一与加速度计输出量级对应的电流信号同时计算机14使顺序控制器10中继电器ZB的常开开关KB闭合而继电器Z1-1∽Zn-1的常开开关K1-1∽Kn-1断开，精密恒流源11的输出电流IB经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝IB*RL)→计算机14使高精度数字电压表9采集数据存入某文件中→通过数据比较精度在误差范围后→依据加速度计的试验内容计算机14控制自动转台2为加速度计15提供稳定的角度信号→计算机14控制多路AC/DC直流电源处于DC工作状态、经电源滤波器16对电源信号滤波后为各加速度计15提供DC直流电源13--加速度计15便产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，顺序控制器10中的继电器Z1-2∽Zn-2未动作其K1-2∽Kn-2处于闭合状态，加速度计15的输出电流信号I1∽In便经顺序控制器10的常闭开关K1-2∽Kn-2连接在多路I/U转换单元5输入端，加速度计15处于正常闭环工作状态；计算机14控制顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1动作实现常开开关K1-1∽Kn-1闭合→延时→计算机14依次控制顺序控制器10中继电器Z1-2∽Zn-2动作使常闭开关K1-2∽Kn-2依次断开，这时加速度计15的输出电流信号I1∽In便依次经顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1连接在单路I/U转换单元7输入端，电流信号I1∽In中的一个信号(如I1)经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝I1*RL或U0＝In*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，依次完成对加速度计15输出信号U1∽Un的采集功能→数据采集完成后通过软件补偿法消除阶段性固有误差→关闭多路AC/DC直流电源13→关闭AV净化稳压电源12。

本发明的工作原理是：

参见附图2，一种超高精度加速度计批量性能测试系统及方法，包括隔离地基1、自动转台2、信号采集器3、温控箱及固定夹具4、多路I/U转换器5、恒温油槽6、单路I/U转换器7、滤波器8、高精度数字电压表9、顺序控制器10、精密恒流源11、AV净化稳压电源12、多路AC/DC直流电源13、计算机14、加速度计产品15,电源滤波器16，隔离地基1为自动转台2提供一个稳定的水平面，计算机14通过RS232等通讯接口控制多路AC/DC直流电源13工作，多路AC/DC直流电源13的各路直流输出端1#DC∽n#DC的电压+V、-V通过电源滤波器16滤波为加速度计15中的加速度计1∽加速度计n提供工作电压+V1∽+Vn、-V1∽-Vn,使加速度计15处于正常工作状态；计算机14通过RS232等通讯接口控制自动转台2转动使加速度计15获得某一个稳定的角度信号，加速度计15便产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，加速度计15的输出端一路经顺序控制器10中的继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2连接在多路I/U转换单元5输入端，在继电器Z1-2∽Zn-2常闭开关K1-2∽Kn-2闭合的情况下，加速度计15中的加速度计1∽加速度计n均处于正常闭环工作状态，计算机14首先通过I/O接口向顺序控制器10中继电器Z1-1的控制端(与R1-1相连的输入端)发出一个高电平信号而I/O接口的其他接口为低电平，则顺序控制器10中继电器Z1-1动作，其常开开关K1-1闭合，这时加速度计15中加速度计1输出端电流I1的一部分电流经过顺序控制器10中继电器Z1-1的常开开关K1-1输入到单路I/U转换器7输入端，加速度计15中加速度计1仍处于正常闭环状态，计算机14再通过I/O接口向顺序控制器10中继电器Z1-2的控制端(与R1-2相连的输入端)也发出一个高电平信号使顺序控制器10中继电器Z1-2动作，其常闭开关K1-2便断开，这时加速度计15中加速度计1输出端的电流I1全部经过顺序控制器10中继电器Z1-1的常开开关K1-1输入到单路I/U转换器7输入端、经单路I/U转换器7的RL及CL转换生成一个电压信号U0(U0＝I1*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端UI，计算机14通过RS232等通讯接口控制高精度数字电压表9对其输入端电压信号UI进行采集并存入计算机14中的某文件中，计算机14通过I/O接口向顺序控制器10中继电器Z1-2的控制端(与R1-2相连的输入端)发出一个低电平信号使顺序控制器10中继电器Z1-2处于未动作状态，其常闭开关K1-2恢复闭合状态，这时计算机14通过I/O接口向顺序控制器10中继电器Z1-1的控制端(与R1-1相连的输入端)发出一个低电平信号使顺序控制器10中继电器Z1-1处于未动作状态，其常开开关K1-1恢复断开状态，这时加速度计15中加速度计1输出端电流I1恢复到全部经顺序控制器10中的继电器Z1-2常闭开关K1-2连接在多路I/U转换单元5输入端，加速度计15中的加速度计1∽加速度计n均处于正常闭环工作状态。

同样的道理及步骤，通过计算机14 I/O接口对顺序控制器10中继电器Z1-n、Z2-n及高精度数字电压表9的分时控制，可完成对多个加速度计输出信号的采集及存储。由于每一个加速度计在测试状态时共用同一个单路I/U转换器7，可克服现有测试技术同一只加速度计在不同测试通道测试时因各通道R1∽Rn、C1-Cn值的差异使加速度计性能指标存在差异等不足，且由于该单路I/U转换器7的核心采样电阻器RL和电容器CL浸没在恒温油槽中，而恒温油槽的恒温精度较高可达0.05℃使即使在不同季节试验室环境温度变化较大时(如20℃变化)，浸没在恒温油槽中的电阻器RL的阻值仅变化±0.05ppm(ΔRL＝±1ppm/℃*0.05℃),可满足超高精度加速度计长期重复性的精密测试需求。

本发明消除测试系统阶段性固有误差的原理如下：

参见附图2，单路I/U转换器7、滤波器8及高精度数字电压表9是整套测试系统的I/U信号转换及电压信号数据采集的核心环节，由于单路I/U转换器7、滤波器8中的电阻器、电容器及电器接口等电子元器件性能会随着时间的推移发生变化(如采样电阻RL阻值增大、电气接口接触电阻r变化)，使I/U转换出现偏差、电压传送出现误差(如因电气接口接触电阻r产生分压)，另外高精度数字电压表9也会随着使用年限的增加及实验室温度及电磁环境的变化出现测量误差，通过采用精密恒流源11、顺序控制器10及软件补偿法可消除单路I/U转换器7、滤波器8及高精度数字电压表9等环节所产生的测试系统阶段性固有误差，使测试系统关键环节具有自标定功能：

在每次(或定期)对加速度计15输出信号I1∽In采集之前，计算机14首先控制精密恒流源11输出一个在加速度计15输出电流信号I1∽In范围内的一个固定的恒流电流信号IB(如1.000mA),计算机14再通过I/O接口仅向顺序控制器10中继电器ZB的控制端(与RK1相连的输入端)发出一个高电平信号使顺序控制器10中仅继电器ZB动作，继电器ZB的常开开关KB闭合，这时精密恒流源11输出端的电流IB全部经过顺序控制器10中继电器ZB的常开开关KB输入到单路I/U转换器7输入端、经单路I/U转换器7的RL及CL转换生成一个电压信号U0(U0＝IB*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端UI，计算机14通过RS232等通讯接口控制高精度数字电压表9对其输入端电压信号UI进行采集并将采集的电压信号UIB2存入计算机14中的某文件中，计算机14控制精密恒流源11停止工作、计算机14通过I/O接口向顺序控制器10中继电器ZB的控制端(与RK1相连的输入端)发出一个低电平信号使顺序控制器10中继电器ZB恢复未动作状态，继电器ZB的常开开关KB断开，这时精密恒流源11输出端与单路I/U转换器7输入端分离。

本次标定所采集的UIB2包括了目前单路I/U转换器7、滤波器8及高精度数字电压表9各环节的I/U转换误差及测量误差，由于精密恒流源11的输出电流IB的精度达1μA且每次均采用固定的恒流电流信号IB(如1.000mA)，通过与上一次标定采用相同方法所获得的采集的电压信号UIB1进行比较，便可得出测试系统现阶段每mA的固有误差σ1为(UIB2-UIB2)/IB，当本次完成全部对加速度计15测试任务后，处理数据时，通过数据处理软件对所采集的数据UX进行补偿，补偿后的数据UX'＝UX-UX/RL*σ1，其中σ1＝(UIB2-UIB2)/IB。

本发明提高测试系统及被测加速度计抗干扰能力的原理：

参见附图2，高精度数字电压表9、精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13的交流电源输入端接在了AV净化稳压电源12的输出端,当试验室交流电源波动或电网出现随机交流干扰信号时，由于AV净化稳压电源12能够实现对电网输入交流电压的稳压及净化，使高精度数字电压表9、精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13可免受试验室交流电源波动及电网随机交流干扰信号的影响并正常运行，从而提高了测试系统及被测加速度计抗交流干扰信号的能力；加速度计15采用多路线性直流稳压程控AC/DC直流电源13，每组DC直流电源(+V/-V)相互独立，在加速度计15温控箱及固定夹具4上安装有电源滤波器16，用其消除或减小在加速度计15电源端耦合的干扰信号，AC/DC直流电源13各组DC直流电源输出端(+V/-V)通过导线及电气接口连接到电源滤波器16的输入端，电源滤波器16采用RC无源滤波方式其输出端通过导线及电气接口连接到加速度计15的电源输入端(+V1∽+Vn/-V1∽-Vn)，由于加速度计15中的加速度计1∽加速度计n的DC供电电源输入端(+V1∽+Vn/-V1∽-Vn)相互独立、各自的电源滤波器16也相互独立，当AC/DC直流电源13某组DC直流电源出现异常或某只加速度计内部伺服线路出现短路等故障时，不会造成其他通道的加速度计试验失败或产生错误的测试数据，还可消除或降低因连接导线距离较长在加速度计1∽加速度计n的DC供电电源输入端的耦合干扰信号，从而提高加速度计15的输出稳定性；滤波器8为两级RC无源滤波器，滤波器8的输入端通过导线及电气接口连接在单路I/U转换单元7输出端，滤波器8的输出端端通过导线及电气接口连接在高精度数字电压表9的输入端，用来滤除来自单路I/U转换器7输出端的干扰信号、提高信噪比。

信号采集器3的输入端通过导线及电气接口分别与加速度计15的直流电源信号+V1∽+Vn、温度传感器T1∽Tn、实验室温度传感器Ts、温控箱及固定夹具4中的温度传感器Tw、恒温油槽6的温度传感器Ty相连接，信号采集器3的输出端通过数据线与计算机通讯接口相连接，通过对温控箱、环境温度、供电电压等参数的综合监测及软件补偿法进一步提高了加速度计的测试精度，

本发明测试系统的试验方法及工作步骤：

将加速度计15依次安装到温控箱及固定夹具4上→开启AV净化稳压电源12的电源开关→依次开启精密恒流源11、多路AC/DC直流电源13、高精度数字电压表9、恒温油槽6、计算机14的交流开关→延时3小时以上(目的使高精度数字电压表9、精密恒流源11处于稳定状态)→运行计算机14的控制采集程序→计算机14使信号采集器3对加速度计15的直流电源信号+V1∽+Vn、加速度计15的内部温度(传感器T1∽Tn)、实验室温度(传感器Ts)、温控箱及固定夹具4中的温度(传感器Tw)、恒温油槽6的温度(传感器Ty)数据采集→这些数据正常情况下→计算机14使精密恒流源11输出一与加速度计输出量级对应的电流信号同时计算机14使顺序控制器10中继电器ZB的常开开关KB闭合而继电器Z1-1∽Zn-1的常开开关K1-1∽Kn-1断开，精密恒流源11的输出电流IB经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝IB*RL)→计算机14使高精度数字电压表9采集数据存入某文件中→通过数据比较精度在误差范围后→依据加速度计的试验内容计算机14控制自动转台2为加速度计15提供稳定的角度信号→计算机14控制多路AC/DC直流电源处于DC工作状态、经电源滤波器16对电源信号滤波后为各加速度计15提供DC直流电源13→加速度计15便产生一个电流信号I1∽In，该电流信号值与地球重力加速度成正比，顺序控制器10中的继电器Z1-2∽Zn-2未动作其K1-2∽Kn-2处于闭合状态，加速度计15的输出电流信号I1∽In便经顺序控制器10的常闭开关K1-2∽Kn-2连接在多路I/U转换单元5输入端，加速度计15处于正常闭环工作状态；计算机14控制顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1动作实现常开开关K1-1∽Kn-1闭合—延时→计算机14依次控制顺序控制器10中继电器Z1-2∽Zn-2动作使常闭开关K1-2∽Kn-2依次断开，这时加速度计15的输出电流信号I1∽In便依次经顺序控制器10中继电器Z1-1∽Zn-1常开开关K1-1∽Kn-1连接在单路I/U转换单元7输入端，电流信号I1∽In中的一个信号(如I1)经单路I/U转换器7转换生成一个电压信号U0(其中U0＝I1*RL或U0＝In*RL)，该U0电压信号经滤波器8滤波后连接在高精度数字电压表9的输入端，在计算机14对高精度数字电压表9的分时控制下，依次完成对加速度计15输出信号U1∽Un的采集功能→数据采集完成后通过软件补偿法消除阶段性固有误差→关闭多路AC/DC直流电源13→关闭AV净化稳压电源12。

本发明的一个实施例中，加速度计15选用刻度系数K＝1.5mA/g、灵敏度为10^-6g的加速度计,自动转台2选用精度为0.5〞自动转台，精密恒流源选用精度为1μA的R6161，电压表选用精度为八位半的3458A(或。。。)，单路I/U转换器7中的RL采用温度系数±1ppm/℃、精度±0.005％、阻值RL＝580Ω的精密RE硅涂敷电阻器，电容CL选用独石电容器CL＝104，多路I/U转换器5中R1∽Rn选用普通金属膜电阻，R1＝Rn＝580Ω，C1∽Cn选用独石电容C1＝Cn＝104，多路AC/DC直流电源13为线性电源，每组电压+V1＝15V、-V1＝-15V,电源滤波器16中的RV11＝RVn1＝51Ω、RV12＝RVn2＝51Ω、CV11＝CVn1＝10μF,CV12∽CVn2＝10μF,滤波器8中的RS1＝RS2＝20KΩ,CS1和CS2为无极性独石电容器、CS1＝CS2＝5μF，恒温油槽6的恒温温度40℃、恒温精度0.05℃、油为硅油，试验结果表明本超高精度加速度计批量性能测试系统及方法可满足精度10^-6g超高精度加速度计的测试需求。

Claims (1)

1.一种超高精度加速度计批量性能测试系统，包括隔离地基[1]、自动转台[2]、信号采集器[3]、温控箱及固定夹具[4]、多路I/U转换器[5]、恒温油槽[6]、单路I/U转换器[7]、滤波器[8]、高精度数字电压表[9]、顺序控制器[10]、精密恒流源[11]、AV净化稳压电源[12]、多路AC/DC直流电源[13]、计算机[14]、加速度计产品[15],电源滤波器[16]，其特征在于:

(1)加速度计[15]输出端一路经顺序控制器[10]中的继电器 常闭开关连接在多路I/U转换单元[5]输入端，加速度计[15]输出端另一路经顺序控制器[10]中继电器常开开关连接在单路I/U转换单元[7]输入端，在继电器 常开开关中之一闭合而继电器对应的常闭开关断开的情况下，电流信号中的一个信号经单路I/U转换器[7]转换生成第一电压信号[U0]并连接到滤波器[8]的输入端，滤波器[8]的输出端连接在高精度数字电压表[9]的输入端，在计算机[14]对高精度数字电压表[9]的分时控制下，完成对加速度计[15]输出信号 的采集功能，单路I/U转换器[7]中的精密电阻[RL]和滤波电容器[CL]浸没在恒温油槽[6]的绝缘油中，恒温油槽[6]的恒温精度优于0.05℃；

(2)加速度计[15]采用多路线性直流稳压程控AC/DC直流电源[13]，每组DC直流电源(+V/-V)相互独立，在加速度计[15]温控箱及固定夹具[4]上安装有电源滤波器[16]，AC/DC直流电源[13]各组DC直流电源输出端(+V/-V)通过导线及电气接口连接到电源滤波器[16]的输入端，电源滤波器[16]采用RC无源滤波方式其输出端通过导线及电气接口连接到加速度计[15]的电源输入端；

(3)精密恒流源[11]的电流输出端与控制继电器[ZB]的常开开关[KB]连接在单路I/U转换单元[7]输入端，在控制继电器[ZB]常开开关[KB]闭合而继电器的常开开关断开的情况下，精密恒流源[11]的输出电流[IB]经单路I/U转换器[7]转换生成第一电压信号[U0]并连接到滤波器[8]的输入端，滤波器[8]的输出端连接在高精度数字电压表[9]的输入端，在计算机[14]对高精度数字电压表[9]的分时控制下，实现对输入端电压信号[UI]的采集和存储；

(4)滤波器[8]为两级RC无源滤波器，滤波器[8]的输入端通过导线及电气接口连接在单路I/U转换单元[7]输出端，滤波器[8]的输出端通过导线及电气接口连接在高精度数字电压表[9]的输入端。