CN106053885A - 一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构 - Google Patents

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刘昱
王伟
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Abstract

本发明涉及一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，包括安装底板、俯仰角调整框架和切向角调整框架，安装底板的正面通过俯仰角调整部件紧固螺钉安装俯仰角调整框架，在安装底板上设置俯仰角调节螺栓，该俯仰角调节螺栓的前端顶压在俯仰角调整框架外侧壁；在俯仰角调整框架内设置切向角调整框架，该切向角调整框架通过切向角调整部件紧固螺钉安装在俯仰角调整框架内，在俯仰角调整框架上设置切向角调节螺栓，该切向角调节螺栓的前端顶压在切向角调整框架的外侧壁上。本实时精调机构既可实现加速度计敏感轴的在线匹配实时精密调整(含角位移和线性位移)，又可根据装置需求随时对加速度计进行换装与重调操作。

Description

一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构
技术领域
本发明涉及惯性元件技术领域中的敏感轴调整机构，尤其是一种用于实现高精度加速度计在重力梯度测量装置上严苛安装要求的高精度加速度计敏感轴实时精调机构。
背景技术
由于重力梯度测量在物探、地球物理及国防军事等领域未来发展中蕴含的重要作用，国内众多科研机构开展了对基于不同原理的重力梯度仪的研制工作，其中数旋转加速度计式重力梯度仪的研制最为贴近工程化应用的需求。而研制该型重力梯度测量装置的关键技术之一就是如何实现高精度加速度计的精调，即要设计一套多自由度的精密装调机构以实现初始安装时对高精度加速度计敏感轴的实时调整与固定。
传统对加速度计敏感轴的装调多采用底部填充铜箔及胶封形式，虽可达到10角秒以内的装调精度，但过程复杂、费时费力且需要进行反复拆装(计算填充值与实际测量值有差异，且无重复性)及零位复测(因无法实现在线实时装调操作所致)才能实现，特别一旦装调、封胶完成就无法对加速度计进行拆卸及超差重调，故该形式的装调方法无法满足重力梯度测量装置对高精度加速度计精调要求。因此需作为重力梯度测量装置研制中的一项关键技术问题予以解决。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，既可实现加速度计敏感轴的在线匹配实时精密调整(含角位移和线性位移)，又可根据装置需求随时对加速度计进行换装与重调操作。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：包括安装底板、俯仰角调整框架和切向角调整框架，安装底板的正面通过俯仰角调整部件紧固螺钉安装俯仰角调整框架，在安装底板上设置俯仰角调节螺栓，该俯仰角调节螺栓的前端顶压在俯仰角调整框架外侧壁；在俯仰角调整框架内设置切向角调整框架，该切向角调整框架通过切向角调整部件紧固螺钉安装在俯仰角调整框架内，在俯仰角调整框架上设置切向角调节螺栓，该切向角调节螺栓的前端顶压在切向角调整框架的外侧壁上。
而且，所述的安装底板的四角制出安装孔。
而且，所述的俯仰角调节螺栓是两个，其对称设置在安装底板的上侧和下侧，且该两个俯仰角调节螺栓的前端均顶压在俯仰角调整框架外侧壁上。
而且，所述的切向角调节螺栓是两个，其对称设置在俯仰角调节框架的左右两侧，且其前端分别顶在切向角调整框架左右两侧的外侧壁上。
而且，所述的安装底板的侧壁安装切向位移调整块，即：切向位移调整块是通过螺钉固定在安装底板侧壁的切向安装基准面，且与梯度测量装置的切向安装限位销匹配安装。
而且，所述的安装底板的背面为径向安装基准面，该径向安装基准面与重力梯度测量装置的圆周径向安装基准面实现精度匹配安装。
而且，所述的安装底板的下底面为俯仰安装基准面，该俯仰安装基准面与重力梯度测量装置的水平安装基准面实现精度匹配安装。
本发明的优点和积极效果是：
1、本机构通过安装底板的“径向安装基准面”用于与重力梯度测量装置的圆周径向安装基准面实现精度匹配安装；能够通过安装底板的“俯仰安装基准面”用于与重力梯度测量装置的水平安装基准面实现精度匹配安装；能够通过安装底板的“切向安装基准面(装有切向位移调整块)”用于与梯度测量装置的切向安装限位销匹配安装。同时还要保证安装底板与重力梯度测量装置安装时具有较高的安装重复性精度，以满足精调机构整体重复拆装过程中对预调精度的保持功能。
2、本机构通过修磨或选配切向位移调整块可以实现对加速度计整体进行切向线性位移的调整，从而等效实现对加速度计敏感轴相应误差角的调整操作。
3、本机构在对加速度计的敏感轴进行精密调整的过程当中，可以实时地通过加速度计的输出数值有目的地实现对加速度计的敏感轴的精调目标，从而保证每次调整过程的针对性与正确性。
4、本机构在对加速度计的敏感轴进行精调的过程中，每一精调环节进行的调整操作都不会对其它精调环节的调整结果，即调整环节之间是一种相互解耦的状态。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视图。
附图中的标号说明如下：
1为安装底板；2为俯仰角调节螺栓；3为切向位移调整块；4为俯仰角调整框架；5为俯仰角调整部件紧固螺钉；6为加速度计；7为切向角调整框架；8为切向角调整部件紧固螺钉；9为切向角调节螺栓；α为敏感轴切向角误差；β为敏感轴俯仰角误差。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，包括安装底板1、俯仰角调整框架4和切向角调整框架7，安装底板的四角制出安装孔。安装底板的正面通过俯仰角调整部件紧固螺钉5安装俯仰角调整框架，在安装底板上设置俯仰角调节螺栓2，俯仰角调节螺栓是两个，其对称分布在安装底板的上侧和下侧，该两个俯仰角调节螺栓的前端均顶压在俯仰角调整框架外侧壁上。
在俯仰角调整框架内设置切向角调整框架，该切向角调整框架通过切向角调整部件紧固螺钉8安装在俯仰角调整框架内，在俯仰角调整框架上设置切向角调节螺栓9，切向角调节螺栓是两个，其对称设置在俯仰角调节框架的左右两侧，且其前端分别顶在切向角调整框架左右两侧的外侧壁上。安装底板的侧壁安装切向位移调整块3。切向位移调整块通过螺钉固定在安装底板侧面的切向安装基准面上，与重力梯度测量装置的切向安装限位销实现精度匹配安装，功能是通过对其厚度进行修磨，实现对加速度计调整机构的整体切向位移调整，从而实现对加速度计(其敏感质心)的切向位移精密调整。
安装底板的背面为径向安装基准面，该径向安装基准面与重力梯度测量装置的圆周径向安装基准面实现精度匹配安装。安装底板的下底面为俯仰安装基准面，该俯仰安装基准面与重力梯度测量装置的水平安装基准面实现精度匹配安装。
本发明的结构及工作原理为：
如图1所示：安装底板、俯仰角调节螺栓、俯仰角调整框架共同组成敏感轴俯仰角精调部件，且俯仰角调整框架与安装底板之间通过俯仰角调整部件紧固螺钉实现精调后的紧固连接；俯仰角调整框架、切向角调整框架、切向角调节螺栓共同组成敏感轴切向角精调部件，且切向角调整框架与俯仰角调整框架之间通过切向角调整部件紧固螺钉实现精调后的紧固连接；被调整加速度计通过固定螺钉预先紧固在切向角调整框架上，以便于后期对其进行敏感轴的装调工作。
首先，先将加速度计6通过紧固螺钉固定在切向角调整框架上(此时完成加速度计与精调机构的整体固连)；然后将装有加速度计的整个精调机构通过安装底板上的“径向安装基准面”和“俯仰安装基准面”以及切向位移调整块(含切向位移基准面)与整个重力梯度测量装置相连接；此时可启动重力梯度测量装置并打开加速度计测试软件，通过精密控制使加速度计按照相关位置逻辑旋转并记录位置输出数值，计算输出数值与加速度计零位偏值的差值作为敏感轴精调的目标变量(α及β值)；然后先松开切向角调整部件紧固螺钉，通过调节切向角调节螺栓推动切向角调整框架绕“切向角旋转轴”旋转对加速度计的敏感轴进行切向角实时在线初调，调整后紧固切向角调整部件紧固螺钉；接着松开俯仰角调整部件紧固螺钉，通过调节俯仰角调节螺栓推动俯仰角调整框架绕“俯仰角旋转轴”旋转对加速度计的敏感轴进行俯仰角实时在线初调，调整后紧固俯仰角调整部件紧固螺钉；接下来再次对加速度计进行位置逻辑定点测试，根据测量结果计算敏感轴偏差残余差值，然后分别重复切向角与俯仰角的调整，并最终完成对加速度计的敏感轴的角度误差精调操作。另外，还需通过精密控制系统对加速度计在重力梯度测量装置上执行定速旋转测试，并通过计算得出由于切向线性位移偏差引起的等效切向角误差，然后利用对切向位移调整块进行选配或精密修磨操作以修正该等效切向角误差。至此，整体对加速度计的敏感轴的精密装调完成。
当前该加速度计敏感轴精调机构已进入实际应用阶段，角度精调精度可优于5角秒，切向位移调整精度可达到正负5微米；而其整体拆装重复性精度也优于2角秒，特别是对不同调整环节的解耦控制也较为理想，最大耦合误差不大于2角秒。

Claims (7)

1.一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：包括安装底板、俯仰角调整框架和切向角调整框架，安装底板的正面通过俯仰角调整部件紧固螺钉安装俯仰角调整框架，在安装底板上设置俯仰角调节螺栓，该俯仰角调节螺栓的前端顶压在俯仰角调整框架外侧壁；在俯仰角调整框架内设置切向角调整框架，该切向角调整框架通过切向角调整部件紧固螺钉安装在俯仰角调整框架内，在俯仰角调整框架上设置切向角调节螺栓，该切向角调节螺栓的前端顶压在切向角调整框架的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的安装底板的四角制出安装孔。
3.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的俯仰角调节螺栓是两个，其对称设置在安装底板的上侧和下侧，且该两个俯仰角调节螺栓的前端均顶压在俯仰角调整框架外侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的切向角调节螺栓是两个，其对称设置在俯仰角调节框架的左右两侧，且其前端分别顶在切向角调整框架左右两侧的外侧壁上。
5.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的安装底板的侧壁安装切向位移调整块，即：切向位移调整块是通过螺钉固定在安装底板侧壁的切向安装基准面，且与梯度测量装置的切向安装限位销匹配安装。
6.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的安装底板的背面为径向安装基准面，该径向安装基准面与重力梯度测量装置的圆周径向安装基准面实现精度匹配安装。
7.根据权利要求1所述的一种高精度加速度计敏感轴实时精调机构，其特征在于：所述的安装底板的下底面为俯仰安装基准面，该俯仰安装基准面与重力梯度测量装置的水平安装基准面实现精度匹配安装。
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