CN111289773A - 一种加速度计振动整流误差试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加速度计振动整流误差试验装置及方法，采用振动台、六面体安装部件对加速度计进行振动整流误差试验，试验方法包括对加速度计内部温度波动度分析进行稳定性预判、对加速度计随机振动前后变化量分析确定振动整流误差试验开始前判据、确定了加速度计采集频率和频率变化过程处理方法，采用本发明试验方法提高了加速度计振动整流误差系数的标定精度。

Description

一种加速度计振动整流误差试验装置及方法

技术领域

本发明属于加速度计测试技术领域，涉及振动试验方法，具体地涉及一种加速度计振动整流误差试验装置及方法。

背景技术

加速度计作为惯性测量的重要仪表，具有高精度、高长期重复性、适合加速度测量的优点，已在航天、航空、航海和石油等众多领域得到了广泛的应用。在振动、冲击等复杂环境下，由于加速度计二阶非线性系数、标度因数不对称性等非线性因素，使得加速度计输出存在振动误差，直接影响了系统的使用精度，因此，进行加速度计振动试验测试，有利于筛选出振动环境适应性强的加速度计。

以前振动整流误差可以满足惯性系统使用精度，不需要进行振动整流误差试验，在振动整流误差试验方面基本处于空白，在试验数据采集、试验准备、判据等方面缺乏明确的依据。随着科技的进步，惯性系统要求提高，对加速度计使用精度有更高要求，需要筛选振动整流误差小的加速度计，因此，需要一种能够准确测试加速度计振动整流误差的试验方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种加速度计振动整流误差试验装置及方法，适用于振动环境中使用精度要求高的加速度计的筛选。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种加速度计振动整流误差试验装置，包括振动台、六面体安装部件，所述六面体安装部件固定在振动台上，所述六面体安装部件上与振动台激励方向垂直的安装面上包括至少3个加速度计安装孔，其中一个安装孔安装振动台控制传感器，所述安装面上还包括螺钉孔和螺杆孔,所述加速度计安装孔和螺杆孔为通孔。

进一步的，所述振动台为垂直振动台或者水平振动台；所述六面体安装部件每个面均设置加速度计安装孔，且相对两面的加速度计安装孔相互贯通。

本发明提供的一种加速度计振动整流误差试验方法，包括如下步骤：

S1、安装待测加速度计：

六面体安装部件沿着激励方向固定加速度计，六面体安装部件刚性连接在振动台上，振动台控制传感器安装于六面体安装部件上；

S2、加速度计通电，检测加速度计内部温度；

S3、进行加速度计随机振动测试，计算振前、振后均值的差值ΔE；

S4、确定振动整流误差试验开始前判据，若数值ΔE大于等于阈值，重复S2、S3，若第二次仍大于等于阈值，则试验结束；若数值ΔE小于阈值，则试验继续；

S5、设定振动频率与采集频率；

S6、计算振动整流误差系数。

进一步的，所述步骤S1中加速度计安装不少于3只。

进一步的，所述步骤S2中加速度计内部温度波动在-0.5℃～+0.5℃范围内。

进一步的，所述步骤S3中随机振动测试采用6.06g_rms@(20～2000)Hz随机振动谱。

进一步的，所述步骤S3中振前、振后均值的差值ΔE为：

其中，E_后为振动后采集数据的平均值，E_前为振动前采集数据的平均值，K₁为加速度计的标度因数。

进一步的，所述步骤S4中阈值选取小于等于300μg。

进一步的，所述步骤S5中，正弦振动频率(50～500)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含50和500Hz，采集频率为(3～6)kHz；正弦振动频率(500～2000)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含500和2000Hz，采集频率为(8～12)kHz；每个频率点振动量级为(3～10)g。

进一步的，所述步骤S6具体包括如下步骤：

计算振动整流误差:

式中，ΔV(f)为振动整流误差，E_中为振动中采集数据的平均值，f为振动频率；

计算振动整流误差系数：

式中，δ为振动整流误差系数，A为振动量级的有效值。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种加速度计振动整流误差试验安装装置，其将待测加速度计安装在六面体安装部件上，通过振动台进行试验，结构简单，便于操作。在此基础之上，提出了一套完整的加速度计振动整流误差试验方法，确定了加速度计通电温度稳定为开始振动试验的依据，根据加速度计振动前后的变化量给出了振动整流误差试验正式试验开始的判据，确定了加速度计采集频率和频率变化过程的处理方法，提高了加速度计振动整流误差的标定精度。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的加速度计六面体安装部件示意图；

图2为本发明实施例中加速度计振动整流误差试验流程示意图；

图3为6.06g_rms@(20～2000)Hz随机振动谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明提供了一种加速度计振动整流误差试验装置，包括振动台、六面体安装部件。其中，所述振动台为垂直振动台或者水平振动台，用于产生振动激励。六面体安装部件固定在振动台上，六面体安装部件上与振动台激励方向垂直安装面上包括至少3个加速度计安装孔1，同时该安装面上还包括螺钉孔2和螺杆孔3,且加速度计安装孔1和螺杆孔3为通孔。如图1所示，本实施例中该安装面设置有9个安装孔1，其中一个用于固定振动台控制传感器，用于监测加速度计的振动。

六面体安装部件为一体成型结构，六个面上均可以设置加速度计安装孔，且相对两面的加速度计安装孔贯通，即用于放置加速度计壳体的安装孔为通孔，每个面都可以作为安装面，该六面体安装部件可以有效传递振动激励，同时实现减重。

螺钉孔2用于安装固定加速度计或振动台控制传感器，为了满足不同形状加速度计的安装，每个安装孔1周围可以设置不同类型安装螺钉孔2，如适合三角法兰加速度计的三孔螺钉孔或者四边形法兰加速度计的四孔螺钉孔等。

螺杆孔3用于将六面体安装部件通过螺杆固定在振动台上，为沉头槽，与振动台紧密连接。

本发明提供了一种加速度计振动整流误差试验方法，如图2所示，包括以下步骤：

第一步安装待测加速度计：

本实施例中，六面体安装部件与激励方向垂直安装面上设计有9个加速度计安装孔1、不同类型安装螺钉孔2和4个螺杆孔3。

六面体安装部件通过螺杆固定在振动台上，六面体安装部件上通过螺钉沿着激励方向安装加速度计不少于3只，将振动台控制传感器安装于六面体安装部件上。

第二步加速度计通电，检测加速度计内部温度，要求温度波动度在-0.3℃～+0.3℃范围内。

在其他实施例中，温度波动在-0.5℃～+0.5℃范围内，保证加速度计输出稳定。

第三步进行加速度计随机振动测试，采用图3所示6.06g_rms@(20～2000)Hz随机振动谱，采集振动前、后的数据，采集频率不小于1kHz，采集时间1～3分钟，振前与振后的差值按照以下公式计算：

式中，E_前为振动前采集数据的平均值，E_后为振动后采集数据的平均值，ΔE为振前、振后均值的差值，K₁为加速度计的标度因数。

第四步确定振动整流误差试验开始前判据，若数值ΔE大于等于阈值，重复第二步、第三步，若第二次仍大于等于阈值，则试验结束；若数值ΔE小于阈值，则试验继续。

阈值选取小于等于300μg，本实施例中阈值为100μg。

第五步设定振动频率与采集频率，正弦振动频率(50～500)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含50和500Hz，采集频率为(3～6)kHz；正弦振动频率(500～2000)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含500和2000Hz，采集频率为8～12kHz；每个频率点振动量级为(3～10)g，振前、振中和振后分别采集数据(1～3)分钟。

第六步计算振动整流误差系数，振动整流误差采用以下公式进行计算：

式中，ΔV(f)为振动整流误差，E_中为振动中采集数据的平均值，f为振动频率。

振动整流误差系数为振动整流误差与振动量级平方A²之比：

式中，δ为振动整流误差系数，A为振动量级的有效值。

实施例1

1g状态即加速度计壳体标线与重力方向平行，安装3只加速度计，装卡在安装工装上，刚性连接在垂直振动台上，通电60分钟，加速度计内部温度28.3℃，波动度小于0.2℃，进行了6.06g_rms@(20～2000)Hz随机振动，按照公式(1)计算，振前、振后加速度计变化小于100μg，进行振动峰值为6g的定频振动，振动频率点50Hz、100Hz、300Hz、500Hz和600Hz时采集频率为3kHz，振动频率点1000Hz、1500Hz和2000Hz时采集频率为10kHz，采集时间为1分钟，3块加速度计振动整流误差系数按照公式(2)和(3)计算结果如表1所示，(50～500)Hz时振动整流误差系数小于10μg/g²，(500～2000)Hz时振动整流误差系数小于35μg/g²。

表1

上述实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种加速度计振动整流误差试验装置，其特征在于，包括振动台、六面体安装部件，所述六面体安装部件固定在振动台上，所述六面体安装部件上与振动台激励方向垂直的安装面上包括至少3个加速度计安装孔，其中一个安装孔安装振动台控制传感器，所述安装面上还包括螺钉孔和螺杆孔,所述加速度计安装孔和螺杆孔为通孔。

2.如权利要求1所述的加速度计振动整流误差试验装置，其特征在于，所述振动台为垂直振动台或者水平振动台；所述六面体安装部件每个面均设置加速度计安装孔，且相对两面的加速度计安装孔相互贯通。

3.一种采用权利要求1或2所述试验装置的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、安装待测加速度计：

六面体安装部件沿着激励方向安装加速度计，六面体安装部件刚性连接在振动台上，振动台控制传感器安装于六面体安装部件上；

S2、加速度计通电，检测加速度计内部温度；

S3、进行加速度计随机振动测试，计算振前、振后均值的差值ΔE；

S4、确定振动整流误差试验开始前判据，若数值ΔE大于等于阈值，重复S2、S3，若第二次仍大于等于阈值，则试验结束；若数值ΔE小于阈值，则试验继续；

S5、设定振动频率与采集频率；

S6、计算振动整流误差系数。

4.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S1中加速度计安装不少于3只。

5.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S2中加速度计内部温度波动在-0.5℃～+0.5℃范围内。

6.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S3中随机振动测试采用6.06g_rms@(20～2000)Hz随机振动谱。

7.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S3中振前、振后均值的差值ΔE为：

其中，E_后为振动后采集数据的平均值，E_前为振动前采集数据的平均值，K₁为加速度计的标度因数。

8.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S4中阈值选取小于等于300μg。

9.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S5中，正弦振动频率(50～500)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含50和500Hz，采集频率为(3～6)kHz；正弦振动频率(500～2000)Hz范围内随机或均匀挑选3个以上频率点，需包含500和2000Hz，采集频率为(8～12)kHz；每个频率点振动量级为(3～10)g。

10.如权利要求3所述的加速度计振动整流误差试验方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括如下步骤：

计算振动整流误差:

式中，ΔV(f)为振动整流误差，E_中为振动中采集数据的平均值，f为振动频率；

计算振动整流误差系数：

式中，δ为振动整流误差系数，A为振动量级的有效值。

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