CN107748274B - 通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、在没有进行真空封口前，在加速度计内部通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，对加速度计进行真空度标定；步骤2、在加速度计完成真空封口后通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，并同先前的标定值进行比对，实现加速计真空度测试。本发明采用电学伺服线路闭环扫频方法测量真空度，无需改变加速度计原有设计；其伺服线路采用纯比例放大环节，使扫频完全反映加速度内部特性，减少电路环节对标定的影响；并通过调节比例放大器增益提高真空度测量精度。

Description

通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法

技术领域

本发明属于真空度检测技术领域，涉及重力梯度仪用石英挠性加速度计，尤其是一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法。

背景技术

为降低重力梯度仪系统噪声，需要将梯度仪用加速度计内部抽真空并长期保持，因此需要开发一种对加速度计内部真空度进行方便精确检测的实用技术，测量范围10－100Pa。

目前，精确测量密封体内部真空度的方法有规管测量法和石英谐振器测量法。规管测量法在密封体内部安装专门规管，外加电压，流过规管的电流随周围环境真空度的变化而变化，通过测量流过规管电流大小确定密封体内部真空度，但该装置体积较大，安装后会使加速度计体积增大一倍以上，超出加速度计设计尺寸要求。石英谐振器测量法是给石英谐振器加电，石英谐振器发生谐振，该谐振频率随压力的变化而变化，而压力的大小直接取决于周围环境真空度的变化，因此可以通过测量谐振频率来测量密封体内部真空度，同规管测量法相比其结构体积要大大缩小，但安装该结构仍会改变加速度计内部结构和尺寸，因此导致加速度计外部尺寸变化，这会带来系统安装加速度计的相关结构件尺寸的重新设计加工，并不是一个很好的选择。综上所述，迫切需要一种不改变加速度计内部结构和尺寸的方便简易的加速度计内部真空度检测方法。

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、简易实用且检测结果准确的通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法，包括以下步骤：

步骤1、在没有进行真空封口前，在加速度计内部通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，对加速度计进行真空度标定；

步骤2、在加速度计完成真空封口后通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，并同先前的标定值进行比对，实现加速计真空度测试，进而确定当前加速度计内部的真空度保持水平。

而且，所述步骤1的具体步骤包括：

(1)标定连接准备工作，将加速度计的抽气嘴同真空泵相连，加速度计敏感轴水平放置；然后将伺服线路的检测放大电路的输入端同加速度计的差分电容传感器部分相连，伺服线路的恒流驱动输出端同加速度计的力矩器相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道和第一输入通道接到比例放大器的输入端，第二输入通道接到同加速度计力矩器串联的采样电阻两端，示波器接到采样电阻两端；

(2)加速度计内部抽真空，启动真空泵，使真空度控制到10Pa，由于真空泵同加速度计连接管路的气阻较大，因此稳定二小时待真空度均匀后测量；

(3)速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、实测真空度、扫频幅度和扫频范围的参数；

(4)变换真空度扫频，将加速度计真空度分别调整到20Pa、30Pa、40Pa……100Pa,以10Pa为间隔重复步骤三的过程分别测量，并将测量结果进行记录；

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)测量连接准备工作，将加速度计敏感轴水平放置后，将伺服线路的检测放大电路的输入端同加速度计的差分电容传感器部分相连，伺服线路的恒流驱动输出端同加速度计的力矩器相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道和第一输入通道接到比例放大器的输入端，第二输入通道接到同加速度计力矩器串联的采样电阻两端，示波器接到采样电阻两端；

(2)加速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、扫频幅度和扫频范围的参数；

(3)同标定值比对确定真空度，将步骤2第(2)步测量得到的谐振尖峰值同先前测量得到的加速度计真空度标定值比对，得到当前加速度计内部的真空度。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明提供一种方便简易的梯度仪用石英挠性加速度计真空度检测方案，用以实现对该加速度计内部真空度方便精确的标定和检测，并且该方案的实施不会改变原有加速度计的任何结构。

2、本发明的优点在于发明一种加速度计内部真空度检测方法，该方法不需要对原有的加速度计内部尺寸和外部结构进行任何变动达到测量真空度的目的。该方法操作简单易行，测量精度较高，具有很好的推广价值。同时由于无需对原有的加速度计内部尺寸和外部结构进行变动，避免了项目研发过程中重新设计产生的经济成本和时间成本，因此具有十分有益的效果。

附图说明

图1是本发明的加速度计真空度标定步骤流程图；

图2是本发明的加速度计真空度测试步骤流程图；

图3是本发明的真空度检测方案原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明涉及重力梯度仪用石英挠性加速度计内部真空度检测方法，是一种通过伺服电路闭环扫频检测加速度计内部真空度的简便方法,可用于加速度计等惯性元件内部真空度检测，能够实现对该加速度计内部真空度的方便精确标定和检测。

一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

步骤1、在没有进行真空封口前，在加速度计内部通过闭环扫频方法对加速度计进行真空度标定；目的是加速度计在允许的真空度工作范围内(10－100Pa)对特定的真空度所对应的扫频尖峰幅度进行标定；

所述步骤1的具体步骤包括：

①标定连接准备工作，将加速度计的抽气嘴(7)同真空泵(8)相连，加速度计敏感轴水平放置；然后将伺服线路的检测放大电路(4)的输入端同加速度计的差分电容传感器部分(3)相连，伺服线路的恒流驱动(6)输出端同加速度计的力矩器(1)相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道(12)和第一输入通道(13)接到比例放大器(5)的输入端，第二输入通道(11)接到同加速度计力矩器(1)串联的采样电阻(9)两端，示波器(10)接到采样电阻(9)两端；

②加速度计内部抽真空，启动真空泵(8)，使真空度控制到10Pa，由于真空泵(8)同加速度计连接管路的气阻较大，因此稳定二小时待真空度均匀后测量；

③速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、实测真空度、扫频幅度、扫频范围等参数。

需要说明的是，在不同真空度下由于加速度计的阻尼系数不同，比例放大器的增益需要调整以保证扫频效果最佳，在扫频过程中通过示波器(10)观测加速度计是否工作正常；

④变换真空度扫频，将加速度计真空度分别调整到20Pa、30Pa、40Pa……100Pa,以10Pa为间隔重复步骤三的过程分别测量，并将测量结果进行记录；

在本实施例中，可得到10-100Pa范围内共10个点的真空标定值，在加速度计完成真空封口后，可以以该标定值为依据进行比对，测量当前加速度计内部的真空度保持水平。

步骤2、在加速度计完成真空封口后通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，并同先前的标定值进行比对，实现加速计真空度测试，进而确定当前加速度计内部的真空度保持水平。

所述步骤2的具体步骤包括：

①测量连接准备工作，将加速度计敏感轴水平放置后，将伺服线路的检测放大电路(4)的输入端同加速度计的差分电容传感器部分(3)相连，伺服线路的恒流驱动(6)输出端同加速度计的力矩器(1)相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道(12)和第一输入通道(13)接到比例放大器(5)的输入端，第二输入通道(11)接到同加速度计力矩器(1)串联的采样电阻(9)两端，示波器(10)接到采样电阻(9)两端；

步骤2的第①步同步骤1“加速度计真空度标定”的第①步基本一致，只是由于加速度计已完成真空封口，无需将加速度计的抽气嘴(7)同真空泵(8)相连。

②加速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、扫频幅度、扫频范围等参数；

需要说明的是，在不同真空度下由于加速度计的阻尼系数不同，比例放大器的增益需要调整以保证扫频效果最佳，在扫频过程中通过示波器(10)观测加速度计是否工作正常；

步骤2的第②步同步骤1“加速度计真空度标定”的第③步基本一致。

③同标定值比对确定真空度，将步骤2第②步测量得到的谐振尖峰值同先前测量得到的加速度计真空度标定值比对，得到当前加速度计内部的真空度；

需要指出的是，由于真空度标定间隔为10Pa，因此测量精度为10Pa，要想提高测量精度，可以减小加速度计真空度标定间隔。

本发明的工作原理是：

本发明的一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法的加速度计真空度测量共分两阶段，第一阶段是在加速度计内部没有进行真空封口前通过闭环扫频方法对加速度计进行真空度标定，目的是对加速度计在允许的真空度工作范围内(10－100Pa)特定的真空度所对应的扫频尖峰幅度进行标定，其具体步骤如图1所示。第二阶段是加速度计完成真空封口后通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，并同先前的标定值进行比对，确定当前加速度计内部的真空度保持水平，其具体步骤如图2所示。

如图3所示的原理图，表明了整个标定测量装置的方案组成，主要包括被测真空加速度计及配套的伺服线路、直流供电电源、示波器、扫频仪、真空泵等。加速度计主要由力矩器、石英摆片、差分电容传感器组成。伺服线路主要由检测放大电路、比例放大器、恒流驱动三部分组成。真空度测量仪器扫频仪的输入输出通道主要包括输出激励通道、第一输入通道和第二输入通道。该测试原理是利用加速度计在真空状态下摆片的阻尼系数很低，加速度计伺服回路闭环扫频时会出现谐振尖峰的特性进行测量的。加速度计伺服回路工作后，将扫频仪输出激励通道产生的信号加到加速度计伺服线路比例放大器输入端，扫频仪的第一输入通道和第二输入通道分别接到加速度计伺服线路比例放大器输入端和同力矩器串联的取样电阻上，这样通过扫频可获得线路上这两点间的幅频曲线，谐振尖峰就出现在该幅频曲线上。不同真空度使石英摆片的阻尼系数不同，而阻尼系数的大小直接决定谐振尖峰的幅度，真空度越高，阻尼系数越低，相应谐振尖峰幅度越高，因此该方案可以在不改变原有加速度计的任何结构的情况下进行真空度测量，这也是该方案的创新所在。为此，在加速度计没进行真空封口前，根据工作中要求的真空度范围，在该范围内取若干点测出相应的谐振尖峰幅度，这样就标定出真空度同谐振尖峰幅度的对应关系，在加速度计真空封口工作一段时间后，用同样方法测量谐振尖峰幅度同先前的标定值进行比对，确定加速度计内部的具体真空度。真空加速度计伺服线路校正环节为纯比例放大器，后加恒流驱动电路，采用纯比例校正的目的是尽可能减少电路环节对标定的影响，使测量能准确反映加速度内部真空度，这是本方案的另一特色。当加速度计内部真空度降低时，适当调节比例放大器增益，提高扫频尖峰幅度，达到精确测量真空度目的，这也是本方案的独到之处。

综上所述，本发明的创新点有三个方面。第一，采用电学伺服线路闭环扫频方法测量真空度，无需改变加速度计原有设计。第二，伺服线路采用纯比例放大环节，使扫频完全反映加速度内部特性，减少电路环节对标定的影响。第三，通过调节比例放大器增益提高真空度测量精度。

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 (1)

1.一种通过伺服电路扫频对加速度计内部真空度进行检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在没有进行真空封口前，在加速度计内部通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，对加速度计进行真空度标定；

步骤2、在加速度计完成真空封口后通过闭环扫频方法测量扫频尖峰幅度，并同先前的标定值进行比对，实现加速计真空度测试，进而确定当前加速度计内部的真空度保持水平；

所述步骤1的具体步骤包括：

(1)标定连接准备工作，将加速度计的抽气嘴同真空泵相连，加速度计敏感轴水平放置；然后将伺服线路的检测放大电路的输入端同加速度计的差分电容传感器部分相连，伺服线路的恒流驱动输出端同加速度计的力矩器相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道和第一输入通道接到比例放大器的输入端，第二输入通道接到同加速度计力矩器串联的采样电阻两端，示波器接到采样电阻两端；

(2)加速度计内部抽真空，启动真空泵，使真空度控制到10Pa，由于真空泵同加速度计连接管路的气阻较大，因此稳定二小时待真空度均匀后测量；

(3)速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、实测真空度、扫频幅度和扫频范围的参数；

(4)变换真空度扫频，将加速度计真空度分别调整到20Pa、30Pa、40Pa……100Pa,以10Pa为间隔重复步骤三的过程分别测量，并将测量结果进行记录；

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)测量连接准备工作，将加速度计敏感轴水平放置后，将伺服线路的检测放大电路的输入端同加速度计的差分电容传感器部分相连，伺服线路的恒流驱动输出端同加速度计的力矩器相连，给伺服线路直流供电；再将扫频仪激励通道和第一输入通道接到比例放大器的输入端，第二输入通道接到同加速度计力矩器串联的采样电阻两端，示波器接到采样电阻两端；

(2)加速度计伺服线路通电扫频，给伺服线路通电，稳定后进行扫频，扫频结束后记录下对应的谐振尖峰值、扫频幅度和扫频范围的参数；

(3)同标定值比对确定真空度，将步骤2第(2)步测量得到的谐振尖峰值同先前测量得到的加速度计真空度标定值比对，得到当前加速度计内部的真空度。

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