CN111046578B - 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法 - Google Patents

一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111046578B
CN111046578B CN201911349527.4A CN201911349527A CN111046578B CN 111046578 B CN111046578 B CN 111046578B CN 201911349527 A CN201911349527 A CN 201911349527A CN 111046578 B CN111046578 B CN 111046578B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
quartz
output
beam accelerometer
accelerometer
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.)
Active
Application number
CN201911349527.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111046578A (zh
Inventor
孙嵩
田兴
马跃飞
常江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Original Assignee
Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijign Institute of Aerospace Control Devices filed Critical Beijign Institute of Aerospace Control Devices
Priority to CN201911349527.4A priority Critical patent/CN111046578B/zh
Publication of CN111046578A publication Critical patent/CN111046578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111046578B publication Critical patent/CN111046578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法，该方法建立几种石英振梁加速度计参数可调的输出模型，进行实验得到石英振梁加速度计测试数据，将实验数据带入给出的模型中，计算参数及性能指标，并进行评估分析，本发明方法在仪表稳定性方面表现优异，减小了二次项系数，提高了仪表模型的线性度；此外本发明石英振梁加速度计建立输出模型的方法，双梁不直接做差分，而是乘以权重α后再做差分，从而改善了二次项系数，最后找到能够控制偏值、标度因数的大小，并且精度不变或者改善的模型，本发明能够适用于各种类型的石英振梁加速度计，包括分体式和一体式结构。

Description

一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法
技术领域
本发明涉及石英振梁加速度计输出模型，尤其涉及一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法，属于石英振梁加速度计技术领域。
背景技术
石英振梁加速度计，简称QVBA(Quartz Vibrating Beam Accelerometer)，是一款新型数字式输出加速度计，输出为数字量频率。同目前国内同等主流加速度计相比，优点是数字式输出，成本低，理论精度高，其优势来源于核心部件-石英谐振梁。
如图1所示的为石英振梁加速度计的工作原理图，一个挠性支承摆用于敏感被测物的加速度，其上下两端接触两个一致的石英谐振梁，由驱动电路控制谐振梁，使之产生弯曲振动。当检测质量敏感加速度时，对其中一个谐振器产生拉力，对另外一个谐振器产生压力，此时两谐振器的频率发生了变化，产生了频率差，此频率差与检测质量的加速度成近似线性关系，由此测得频率差即可得到对应的加速度。实际上，单根梁就能实现加速度的测量，但在实际应用过程中，常常利用两根梁的频率值做差，这种方式很好的提高了线性度，这种结构使得二次项系数K2的值很小。根据工作原理，仪表采用挠性支承的方式，使谐振梁固联在摆上，由摆敏感加速度a从而使谐振梁发生弯曲产生轴向力D，根据结构进行受力分析可以得到轴向力D与加速度a的关系，得出轴向力D与加速度a呈线性关系。石英谐振梁由激振电路影响，发生弯曲振动，产生轴向力D，根据弯曲振动方程可以得到轴向力D与输出频率f的关系，公式如下：
Figure GDA0004214725080000021
Figure GDA0004214725080000022
其中l为谐振梁的长度，E为弹性模量，ρ为密度，w为宽度，h为厚度
由于采用双梁差分结构，则有：
Figure GDA0004214725080000023
Figure GDA0004214725080000024
Figure GDA0004214725080000025
Δf＝f1-f2
将上式进行泰勒展开得到：
Figure GDA0004214725080000027
从上述公式中可以看出，若两根梁完全相同，则其频率-加速度模型是一个不含常数项的函数。加速度测量精度的影响主要集中在偏值K0、标度因数K1、二次项系数K2与参数随机漂移上。在实际应用中，受到加工、工艺、装配等各种因素影响，双梁不可能实现完全一致。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法，该方法建立几种石英振梁加速度计参数可调的输出模型，进行实验得到石英振梁加速度计测试数据，将实验数据带入给出的模型中，计算参数及性能指标，并进行评估分析，本发明方法在仪表稳定性方面表现优异，减小了二次项系数，提高了仪表模型的线性度。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法，包括如下步骤：
(1)、建立单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型；
(2)、对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取P组数据点(xi,f1i,f2i)，xi表示第i个温度点，i＝1,2,3,…,n；f1i,f2i分别表示在温度点xi下两根梁对应的频率值；
(3)、将所述温度点xi下两根梁对应的频率值f1i,f2i代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差，根据所述频率差计算仪表偏值、标度因数、二次项系数；
(4)、对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取m个数据点(f1k,f2k)，k＝1,2,3,…,m，f1k与f2k分别表示第k个数据点两根梁对应的频率值；
(5)、将所述第k个数据点两根梁对应的频率值f1k,f2k代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差，根据所述频率差和步骤(3)中的标度因数，计算石英振梁的稳定性；
其中n、m、P均为正整数。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述步骤(1)中建立的单梁权重差分模型如下：
f＝f1-αf2
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；
建立的双梁一次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；
建立的双梁二次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)2(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述步骤(2)中对石英振梁加速度计进行温度重复性实验的方法为：在-50℃～+70℃温度范围内，从-50℃开始，每升高10℃进行多次标定测试，获得多组数据点(xi，f1i，f2i)，并计算重复性，直到到达最高温度。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述计算重复性的方法为对石英振梁加速度计进行四位置翻滚测试，分别获得0°、90°、180°、270°位置下输出频率值。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述步骤(3)中根据频率差计算仪表偏值、标度因数和二次项系数的具体方法如下：
Figure GDA0004214725080000051
Figure GDA0004214725080000052
Figure GDA0004214725080000053
其中：Kj0为模型j的仪表变差，Kj1为模型j的标度因数，
Figure GDA0004214725080000054
为0°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，/>
Figure GDA0004214725080000055
为180°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，
Figure GDA0004214725080000056
为90°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，/>
Figure GDA0004214725080000057
为270°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，Kj2为模型j的二次项系数。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述步骤(4)中对石英振梁加速度计进行稳定性实验的方法为：将石英振梁加速度计通过温箱加热到50～60℃，保温1～2小时后，进行稳定性测试。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述温箱满足8小时内温度偏差不超过0.01℃。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，所述步骤(5)中根据所述频率差和步骤(3)中的标度因数，计算石英振梁的稳定性的具体方法如下：
Figure GDA0004214725080000061
Figure GDA0004214725080000062
其中：σj为石英振梁加速度计在模型j下的稳定性；
Figure GDA0004214725080000063
为石英振梁加速度计在模型j的频率差/>
Figure GDA0004214725080000064
为石英振梁加速度计在模型j的频率差的平均值，sj为石英振梁加速度计在模型j下的标准差。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，设步骤(1)中建立的单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型的表示形式均为：f＝f1-f2，重复步骤(1)-(5),计算石英振梁的第二稳定性，将所述第二稳定性与计算出的所述稳定性进行对比，得出稳定性提高率。
在上述石英振梁加速度计建立输出模型的方法中，n取值为10～15，m取值为500～1000，P取值为3-7；所述步骤(4)中对石英振梁加速度计进行温度T下x小时稳定性实验，T取值为50～60，x取值为4～6。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明提出一种建立并验证石英振梁加速度计输出模型的方法，建立了三种不同加权方式的输出模型，并通过稳定性实验与重复性实验进行数据验证，最终得到了模型的评估结果，不同的模型具有不同的效果，各项指标均优于原来的输出模型，满足了自由调节参数的需要，并显著提高了仪表的稳定性和线性度。
(2)、本发明石英振梁加速度计建立输出模型的方法，双梁不直接做差分，而是乘以权重α后再做差分，从而改善了二次项系数K2，最后找到能够控制偏值K0、标度因数K1的大小，并且精度不变或者改善的模型。
(3)、本发明石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，能够适用于各种类型的石英振梁加速度计，包括分体式和一体式结构，具有一定的价值。
(4)、本发明的输出模型能够自由调节仪表参数，满足各种使用需求。
(5)、本发明石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，在仪表稳定性方面表现优异，减小了二次项系数，提高了仪表模型的线性度。
附图说明
图1为石英振梁加速度计的工作原理图；
图2为本发明石英振梁加速度计建立输出模型的方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图2所示为本发明石英振梁加速度计建立输出模型的方法原理图，本发明石英振梁加速度计建立输出模型的方法，具体包括如下步骤：
步骤(一)、建立单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型。
建立的单梁权重差分模型如下:
f＝f1-αf2＝f0+K1A+K1K2A2；
其中：f是石英振梁加速度计输出的频率差，α是权重系数，f1，f2分别是石英振梁加速度计单梁的输出频率。A为加速度；f0为基准频率；K1是标度因数，K2是二次项系数。
本发明一可选实施例中，α取值为0.999131。
建立的双梁一次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；本发明一可选实施例中，在-30℃时，α1＝0.91091，α2＝0.001222；在60℃时，α1＝-0.04799，α2＝0.001222。
建立的双梁二次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)2(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；本发明一可选实施例中，α1＝0.111136，α2＝0.09222。
步骤(2)、对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取P组数据点(xi,f1i,f2i)，xi表示第i个温度点，i＝1,2,3,…,n；f1i,f2i分别表示在温度点xi下两根梁对应的频率值；P取值为3-7。
本发明一可选实施例中，对石英振梁加速度计进行温度重复性实验的方法为：在-50℃～+70℃温度范围内，从-50℃开始，每升高10℃进行多次标定测试，获得多组数据点(xi，f1i，f2i)，并计算重复性，直到到达最高温度。n取值为10～15。
本发明一可选实施例中，计算重复性的方法为对石英振梁加速度计进行四位置翻滚测试，分别获得0°、90°、180°、270°位置下输出频率值f1i,f2i。
步骤(3)、将第i个温度点两根梁对应的频率值f1i,f2i代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差f，根据所述频率差f计算仪表偏值、标度因数、二次项系数；
根据频率差f计算仪表偏值、标度因数和二次项系数的具体方法如下：
Figure GDA0004214725080000091
Figure GDA0004214725080000092
Figure GDA0004214725080000093
其中：Kj0为模型j的仪表变差，Kj1为模型j的标度因数，
Figure GDA0004214725080000094
为0°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，/>
Figure GDA0004214725080000095
为180°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，
Figure GDA0004214725080000096
为90°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，/>
Figure GDA0004214725080000097
为270°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，Kj2为模型j的二次项系数。
步骤(4)、对石英振梁加速度计进行温度T下x小时稳定性实验，T取值为50～60，x取值为4～6，获取m个数据点(f1k,f2k)，k＝1,2,3,…,m，f1k与f2k分别表示第k个数据点两根梁对应的频率值；m取值为500～1000。
本发明一可选实施例中，m取值为700，对石英振梁加速度计进行稳定性实验的方法为：将石英振梁加速度计通过温箱加热到55℃，保温1小时后，进行稳定性测试。温箱满足8小时内温度偏差不超过0.01℃。
步骤(5)、将第k个数据点两根梁对应的频率值f1k,f2k代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差f，根据频率差f和步骤(3)中的标度因数Kj1，计算石英振梁的稳定性；具体方法如下：
Figure GDA0004214725080000101
Figure GDA0004214725080000102
其中：σj为石英振梁加速度计在模型j下的稳定性；
Figure GDA0004214725080000103
为石英振梁加速度计在模型j的频率差/>
Figure GDA0004214725080000104
为石英振梁加速度计在模型j的频率差的平均值，sj为石英振梁加速度计在模型j下的标准差。
步骤(6)、设步骤(1)中建立的单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型的表示形式均为：f＝f1-f2，重复步骤(1)-(5),计算石英振梁的稳定性，将所述稳定性与步骤(5)中计算出的稳定性进行对比，得出稳定性提高率。
石英振梁加速度计采用双梁差分结构，可以有效抑制非线性，具有优秀的线性特性。本发明改进这种差分模型，提出了几种权重差分模型，原始的石英振梁加速度计的输入输出模型方程为：
f＝f0+K1A+K1K2A2
＝K1(K0+A+K2A2)
实施例1
一、建立单梁权重差分模型1：f＝f1-αf2＝f0+K1A+K1K2A2；其中f是石英振梁加速度计输出的频率差，α是权重系数，f1，f2分别是石英振梁加速度计单梁的输出频率。
二、建立双梁一次权重差分模型2：f＝(1+α1)f1-(1+α1)(1-α2)f2；其中f是石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2是权重系数，f1，f2分别是石英振梁加速度计单梁的输出频率。
三、建立双梁二次权重差分模型3：f＝(1+α1)f1-(1+α1)2(1-α2)f2；其中f是石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2是权重系数，f1，f2分别是石英振梁加速度计单梁的输出频率。
四、对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取P组数据点(xi,f1i,f2i)，i表温度点，i＝1,2,3,…,n，xi表示第i个温度点，f1i,f2i为第xi个温度点两根梁对应的频率值，n取11。石英振梁加速度计可正常工作于-50℃至70℃，该项实验主要用于研究仪表在各个温度点下的K0重复性与K1重复性。-50℃～+70℃温度范围内，从-50℃开始，每升高10℃进行5次标定测试，并计算重复性(1σ)，取11个温度点的K0，K1重复性的最大值为温度重复性指标。设计-50-70℃下仪表顺逆八位置测试翻滚实验：要求在每隔10℃共计11个温度点下进行测试，每个温度点顺逆八位置翻滚5遍，每次间隔15分钟，得到各温度点下重复性数据。
五、根据四位置翻滚测试方法测得原始数据f1，f2，带入三种模型中，得到石英振梁加速度计输出的频率f(1)、f(2)、f(3)，再根据f(1)、f(2)、f(3)计算得到仪表偏值K0、标度因数K1、二次项系数K2的数据。
f(1)＝f1-αf2
f(2)＝(1+α1)f1-(1+α1)(1-α2)f2；
f(3)＝(1+α1)f1-(1+α1)2(1-α2)f2；
Figure GDA0004214725080000121
Figure GDA0004214725080000122
Figure GDA0004214725080000123
j＝1,2,3；表示3个模型
(f(j))0，(f(j))90，(f(j))180，(f(j))270，分别为石英振梁加速度计处于0°、90°、180°、270°位置下模型j的频率差；K0为模型一下的偏值、K1为模型一下的标度因数、K2为模型一下的二次项系数。
六、对石英振梁加速度计进行温控T下x小时稳定性实验，获取m个数据点(f1k,f2k)，k＝1,2,3,…,m，f1k与f2k分别表示第k个数据点两根梁对应的频率值；x取4，T取55。
七、将第k个数据点两根梁对应的频率值f1k,f2k代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差，根据频率差和标度因数，计算石英振梁的稳定性；
Figure GDA0004214725080000124
Figure GDA0004214725080000131
Figure GDA0004214725080000132
Figure GDA0004214725080000133
Figure GDA0004214725080000134
其中j＝1,2,3,表示3个模型。σj为石英振梁加速度计在模型j下的稳定性；
Figure GDA0004214725080000135
为石英振梁加速度计在模型j的频率差，/>
Figure GDA0004214725080000136
为石英振梁加速度计在模型j的频率差的平均值，sj为石英振梁加速度计在模型j下的标准差。
结果评估分析：
给出部分实验结果，如下表：
表1模型1 20℃参数
T(℃) K0(g) K0(g)调 K1(Hz/g) K1(Hz/g)调 K2(g/g2)
20.06 -0.3830 -0.9986 -53.1387 -53.1613 0.000039
20.53 -0.3846 -1.0002 -53.1419 -53.1645 0.000050
20.08 -0.3840 -0.9996 -53.1395 -53.1621 0.000050
20.83 -0.3847 -1.0002 -53.1451 -53.1677 0.000062
20.08 -0.3842 -0.9998 -53.1422 -53.1648 0.000051
表1中偏值K0，标度因数K1，二次项系数K2为原模型参数，偏值K0调，标度因数K1调为原始数据带入模型1后得到的参数。
表2模型1 20℃性能指标
Figure GDA0004214725080000137
表2中偏值K0重复性，标度因数K1重复性为原始数据带入原模型得到的指标，偏值K0重复性调，标度因数K1重复性调为原始数据带入模型1得到的指标。
表3模型2 -30℃参数
Figure GDA0004214725080000141
表3中偏值K0，标度因数K1，二次项系数K2为原模型参数，偏值K0调，标度因数K1调为原始数据带入模型1后得到的参数。
表4模型2 -30℃性能指标
K0重复性(g) K0重复性(g)调 K1重复性(ppm) K1重复性(ppm)调
0.001273 0.001263 -18.23 -18.24
表4中偏值K0重复性，标度因数K1重复性为原始数据带入原模型得到的指标，偏值K0重复性调，标度因数K1重复性调为原始数据带入模型1得到的指标。
表5模型2 60℃参数
Figure GDA0004214725080000142
表5中偏值K0，标度因数K1，二次项系数K2为原模型参数，偏值K0调，标度因数K1调，二次项系数K2调为原始数据带入模型1后得到的参数。
表6模型2 60℃性能指标
Figure GDA0004214725080000151
表6中偏值K0重复性，标度因数K1重复性为原始数据带入原模型得到的指标，偏值K0重复性调，标度因数K1重复性调为原始数据带入模型1得到的指标。
由上表可知，模型2可以有效调节偏值K0、标度因数K1，并且能改善稳定性，不改变K0重复性与K1重复性的值。
表7模型3-40℃参数
Figure GDA0004214725080000152
表7中偏值K0，标度因数K1，二次项系数K2为原模型参数，偏值K0调，标度因数K1调，二次项系数K2调为原始数据带入模型1后得到的参数。
表8模型3-40℃性能指标
Figure GDA0004214725080000153
表8中偏值K0重复性，标度因数K1重复性为原始数据带入原模型得到的指标，偏值K0重复性调，标度因数K1重复性调为原始数据带入模型1得到的指标。
表9模型3 20℃参数
T(℃) K0(g) K0(g)调 K1(Hz/g) K1(Hz/g)调 K2(g/g2) K2(g/g2)调
20.06 -0.3830 5.8623 -53.1387 -59.3001 0.000039 0.000037
20.53 -0.3846 5.8603 -53.1419 -59.3037 0.000050 0.000048
20.08 -0.3840 5.8613 -53.1395 -59.3010 0.000050 0.000048
20.83 -0.3847 5.8598 -53.1451 -59.3074 0.000062 0.000059
20.08 -0.3842 5.8608 -53.1422 -59.3041 0.000051 0.000049
表9中偏值K0，标度因数K1，二次项系数K2为原模型参数，偏值K0调，标度因数K1调，二次项系数K2调为原始数据带入模型1后得到的参数。
表10模型3 20℃性能指标
Figure GDA0004214725080000161
表10中偏值K0重复性，标度因数K1重复性为原始数据带入原模型得到的指标，偏值K0重复性调，标度因数K1重复性调为原始数据带入模型1得到的指标。
表11四小时稳定性列表
模型 模型2 模型3 原模型
稳定性(μg) 11.4 11.9 26.5
结论：
模型1可以调节偏值K0、标度因数K1，不改变K0重复性与K1重复性的值。
模型2可以有效调节偏值K0、标度因数K1，并且能改善稳定性，不改变K0重复性与K1重复性的值。
模型3能够实现调节偏值K0、标度因数K1，改善二次项系数K2，并且改善稳定性，基本不改变K0重复性与K1重复性的值。
上述结果验证了三种模型的有效性和实用性，对于仪表参数可调，提高仪表稳定性有着明显的效果，可以作为石英振梁加速度计的输出模型。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、建立单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型；
(2)、对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取P组数据点(xi,f1i,f2i)，xi表示第i个温度点，i＝1,2,3,…,n；f1i,f2i分别表示在温度点xi下两根梁对应的频率值；
(3)、将所述温度点xi下两根梁对应的频率值f1i,f2i代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差，根据所述频率差计算仪表偏值、标度因数、二次项系数；
(4)、对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取m个数据点(f1k,f2k)，k＝1,2,3,…,m，f1k与f2k分别表示第k个数据点两根梁对应的频率值；
(5)、将所述第k个数据点两根梁对应的频率值f1k,f2k代入步骤(1)的差分模型中，计算石英振梁加速度计输出的频率差，根据所述频率差和步骤(3)中的标度因数，计算石英振梁的稳定性；
其中n、m、P均为正整数；
所述步骤(1)中建立的单梁权重差分模型如下：
f＝f1-αf2
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；
建立的双梁一次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率；
建立的双梁二次权重差分模型如下：
f＝(1+α1)f1-(1+α1)2(1-α2)f2；
其中：f为石英振梁加速度计输出的频率差，α1，α2为权重系数，f1，f2分别为石英振梁加速度计单梁的输出频率。
2.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述步骤(2)中对石英振梁加速度计进行温度重复性实验的方法为：在-50℃～+70℃温度范围内，从-50℃开始，每升高10℃进行多次标定测试，获得多组数据点(xi，f1i，f2i)，并计算重复性，直到到达最高温度。
3.根据权利要求2所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述计算重复性的方法为对石英振梁加速度计进行四位置翻滚测试，分别获得0°、90°、180°、270°位置下输出频率值。
4.根据权利要求2所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述步骤(3)中根据频率差计算仪表偏值、标度因数和二次项系数的具体方法如下：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_3
其中：Kj0为模型j的仪表变差，Kj1为模型j的标度因数，(fi (j))0为0°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，(fi (j))180为180°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，(fi (j))90为90°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，(fi (j))270为270°位置下石英振梁加速度计输出的频率差，Kj2为模型j的二次项系数。
5.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述步骤(4)中对石英振梁加速度计进行稳定性实验的方法为：将石英振梁加速度计通过温箱加热到50～60℃，保温1～2小时后，进行稳定性测试。
6.根据权利要求5所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述温箱满足8小时内温度偏差不超过0.01℃。
7.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：所述步骤(5)中根据所述频率差和步骤(3)中的标度因数，计算石英振梁的稳定性的具体方法如下：
Figure QLYQS_4
Figure QLYQS_5
其中：σj为石英振梁加速度计在模型j下的稳定性；
Figure QLYQS_6
为石英振梁加速度计在模型j的频率差，/>
Figure QLYQS_7
为石英振梁加速度计在模型j的频率差的平均值，sj为石英振梁加速度计在模型j下的标准差；Kj1为模型j的标度因数。
8.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：设步骤(1)中建立的单梁权重差分模型、双梁一次权重差分模型和双梁二次权重差分模型的表示形式均为：f＝f1-f2，重复步骤(1)-(5),计算石英振梁的第二稳定性，将所述第二稳定性与计算出的所述稳定性进行对比，得出稳定性提高率。
9.根据权利要求1所述的石英振梁加速度计建立输出模型的方法，其特征在于：n取值为10～15，m取值为500～1000，P取值为3-7；所述步骤(4)中对石英振梁加速度计进行温度T下x小时稳定性实验，T取值为50～60，x取值为4～6。
CN201911349527.4A 2019-12-24 2019-12-24 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法 Active CN111046578B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911349527.4A CN111046578B (zh) 2019-12-24 2019-12-24 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911349527.4A CN111046578B (zh) 2019-12-24 2019-12-24 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111046578A CN111046578A (zh) 2020-04-21
CN111046578B true CN111046578B (zh) 2023-07-14

Family

ID=70239025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911349527.4A Active CN111046578B (zh) 2019-12-24 2019-12-24 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111046578B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4221131A (en) * 1979-05-29 1980-09-09 The Singer Company Vibrating beam accelerometer
JPS6033057A (ja) * 1983-08-02 1985-02-20 Seikosha Co Ltd 加速度センサ
WO1994022135A1 (en) * 1993-03-23 1994-09-29 Ministor Peripheral International Limited Ultra-small form factor disk drive apparatus
CN101082630A (zh) * 2007-07-09 2007-12-05 北京信息工程学院 新型压电石英加速度计
CN104502632A (zh) * 2014-11-28 2015-04-08 郑州合智汇金电子科技有限公司 一种石英加速度传感器的温度补偿方法
CN104865406A (zh) * 2015-03-27 2015-08-26 东南大学 基于杠杆放大原理的双轴全解耦硅微谐振式加速度计
GB201815199D0 (en) * 2018-09-18 2018-10-31 Cambridge Entpr Ltd Inertial sensor and method of inertial sensing with tuneable mode coupling strength
CN109029502A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 北京航天控制仪器研究所 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法
CN109142792A (zh) * 2018-07-12 2019-01-04 哈尔滨工程大学 一种石英挠性加速度计温度误差标定补偿方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2784752B1 (fr) * 1998-10-20 2000-11-17 Onera (Off Nat Aerospatiale) Accelerometre miniature monolithique
JP4539708B2 (ja) * 2007-11-02 2010-09-08 エプソントヨコム株式会社 圧電振動片、圧電振動子および加速度センサ
US10429405B2 (en) * 2012-02-03 2019-10-01 Honeywell International Inc. Vibrating beam accelerometer

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4221131A (en) * 1979-05-29 1980-09-09 The Singer Company Vibrating beam accelerometer
JPS6033057A (ja) * 1983-08-02 1985-02-20 Seikosha Co Ltd 加速度センサ
WO1994022135A1 (en) * 1993-03-23 1994-09-29 Ministor Peripheral International Limited Ultra-small form factor disk drive apparatus
CN101082630A (zh) * 2007-07-09 2007-12-05 北京信息工程学院 新型压电石英加速度计
CN104502632A (zh) * 2014-11-28 2015-04-08 郑州合智汇金电子科技有限公司 一种石英加速度传感器的温度补偿方法
CN104865406A (zh) * 2015-03-27 2015-08-26 东南大学 基于杠杆放大原理的双轴全解耦硅微谐振式加速度计
CN109142792A (zh) * 2018-07-12 2019-01-04 哈尔滨工程大学 一种石英挠性加速度计温度误差标定补偿方法
CN109029502A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 北京航天控制仪器研究所 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法
GB201815199D0 (en) * 2018-09-18 2018-10-31 Cambridge Entpr Ltd Inertial sensor and method of inertial sensing with tuneable mode coupling strength

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Monolithic differential vibrating beam accelerometer within an isolating system between the two resonators;O. Le Traon et al.;《SENSORS》 *
output only modal analysis of a nonuniform beam experiment by using decomposition methods;Caldwell et al.;《PROCEEDINGS OF THE ASME INTERNATIONAL DESIGN ENGINEERING TECHICAL CONFERENCES AND COMPUTERS AND INFORMATION IN ENGINEERING CONFERENCE 2011》;734-745 *
振动校准加速度计频率响应不确定度的确定方法;孙彬等;《仪表技术与传感器》(第03期);109-112 *
振梁加速度计输出信号的处理方法;龚华荣;《战术导弹控制技术》(第1期);13-19 *
石英振梁加速度计性能标定及误差补偿技术研究;廖波勇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》(第2期);C030-244 *
石英振梁加速度计测频电路与输出建模研究;孙嵩;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》(第3期);I136-872 *
石英振梁加速度计静态输入输出特性;杨挺 等;《中国惯性技术学报》;第22卷(第3期);386-390 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111046578A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105387859B (zh) Mems传感器组合温度漂移误差补偿方法
CN110879302B (zh) 一种石英谐振差动式加速度计温度补偿方法
CN103256941A (zh) 一种mems陀螺仪高阶温度补偿的实用方法
CN109598027B (zh) 一种基于频率响应函数修正结构模型参数的方法
CN113111547A (zh) 基于缩减基的频域有限元模型修正方法
CN110849312A (zh) 一种共振式动态应变校准装置及方法
CN108398099A (zh) 一种单点激光应变标定误差的修正方法
CN108007334A (zh) 一种电阻应变测量仪的阶跃响应特性测量方法及装置
CN109188022B (zh) 用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法
Li et al. Research on piezoelectric pressure sensor for shock wave load measurement
CN106871933A (zh) 一种消除频响函数中多传感器附加质量的方法
CN111046578B (zh) 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法
CN109633205B (zh) 一种石英谐振加速度计温度补偿方法
CN108337621B (zh) 扬声器振动部件材料粘弹性测量方法及系统
CN113050596A (zh) 一种随机激励下空气舵模态参数准确获取方法
CN110737958B (zh) 一种利用曲率转角指标辨识弹性支撑梁刚度薄弱环节的方法
WO2023065834A1 (zh) 一种适用于mems模态局部化传感器的环状耦合系统
Yang et al. Micro dynamic pressure calibration with frequency method
CN114218792A (zh) 粘弹性材料力传感器动态补偿方法和系统
Zhao et al. Research on sectional nominal mathematical model of piezoelectric pressure measurement system based on quasi-static calibration
Kalinin Calibration of non-contact temperature-compensated SAW resonant torque sensors
Zhang et al. Vibration modes interference in the MEMS resonant pressure sensor
CN111504551B (zh) 一种基于最小二乘复指数法的应变式力矩仪带宽扩展方法
CN109490574A (zh) 一种谐振式硅微加速度计的非线性振动分析方法
Poljak Uncertainty Analysis of the NASA Glenn 8-by 6-Foot Supersonic Wind Tunnel 2019 Characterization Test 14-Foot, 5.8 Percent Test Section Porosity

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant