一種應用于石英撓性加速度計的高精度動態(tài)標校方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石英撓性加速度計高精度動態(tài)標校方法，該方法對石英撓性加速度計施加不同頻率不同幅值的正弦振動激勵，通過對測量得到的加速度計模擬電壓幅值頻域序列進行FFT和最小二乘法曲線擬合獲取頻域區(qū)間的動態(tài)標校函數(shù)；在測試中將測量得到的加速度模擬信號進行FFT，然后采用動態(tài)標校函數(shù)修正，修正后再進行IFFT運算最終可以得到標校后的測量加速度時域數(shù)據(jù)。本發(fā)明對石英撓性加速度計進行動態(tài)幅頻響應特性標?？梢孕拚蔷€性誤差，是保證石英撓性加速度計在頻率范圍內(nèi)測量準確度的有效方法和解決措施。
【專利說明】-種應用于石英攜性加速度計的高精度動態(tài)標校方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及非電量計量測試【技術(shù)領域】，尤其涉及一種應用于石英挽性加速度計的 高精度動態(tài)標校方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 石英挽性加速度計具有低頻特性好、線性度好的優(yōu)點，是測量低頻加速度的優(yōu)選 傳感器。石英挽性加速度計作為敏感元件多應用于航空航天領域，進行飛行器的姿態(tài)測量， 其測量頻率（一般僅為幾赫茲）較低，可使用靜態(tài)標定因數(shù)。石英挽性加速度計（航天33 所的JBN-3型、航天13所230廠的MQA型）的諧振頻率一般在400化?600Hz，通常使用高 精度的分度臺采用重力傾角法對石英挽性加速度計進行靜態(tài)標定，獲取-IgO?+IgO范圍 的標定因數(shù)（也稱靈敏度因子，gO為一個標準的重力加速度），通常使用靜態(tài)標定因數(shù)代替 全頻段（0化?300Hz)的標定因數(shù)。
[0003] 但是 申請人:在航天器微振動測試中發(fā)現(xiàn)使用靜態(tài)標定因數(shù)代替全頻段標定因數(shù) 有其局限性和不足之處，對于30化W下的低頻加速度是可W滿足要求的，30Hz W上其測 量結(jié)果出現(xiàn)非線性，隨著頻率的升高其測量結(jié)果的誤差也就越大，50化處的誤差約5%， 100化處的誤差約10%，作為高精度傳感器，該不是可接受的測量誤差。因此，如果不進行 動態(tài)標定，則無法將石英挽性加速度計應用于中高頻加速度測量。
[0004] 目前，壓電式振動傳感器是一種常用的用于中高頻加速度測量的傳感器，通過動 態(tài)標定可W得到其在全頻段范圍時域區(qū)間的標定因數(shù)。
[0005] 借鑒壓電式振動傳感器的動態(tài)標定方式也可W實現(xiàn)石英挽性加速度計的動態(tài)標 定。但是通過實際操作發(fā)現(xiàn)，時域區(qū)間進行動態(tài)標定的相對誤差較大，標定精度不夠理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種應用于石英挽性加速度計的高精度動態(tài)標校方法， 相對誤差小，保障其高精度測量指標，使得石英挽性加速度計的應用場合得W擴展。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是該樣實現(xiàn)的：
[0008] -種石英挽性加速度計高精度動態(tài)標校方法，步驟如下：
[0009] 步驟1、將石英挽性加速度計安裝在標準低頻振動激勵臺，使其敏感軸方向與振動 方向平行；
[0010] 步驟2、標準低頻振動激勵臺依次產(chǎn)生特定頻率和幅值的正弦振動，振動頻率依次 為 IHz、2Hz、甜Z、IOHz、20Hz、30Hz、40Hz、60Hz、SOHz、IOOHz、120Hz，同一振動頻率下產(chǎn)生 n 種不同的振動幅值，n大于或等于5,不同振動頻率和不同振動幅值構(gòu)成不同工況；振動幅 值在石英挽性加速度計設計量程內(nèi)隨機設定；
[0011] 步驟3、針對每個測試工況，采集正弦振動時石英挽性加速度計的加速度計模擬電 壓時域信號序列，在加速度信號檢測單元上經(jīng)過預處理后，傳到頻譜分析儀進行FFT，得到 加速度計模擬電壓幅值頻域序列；
[0012] 步驟4、根據(jù)所述加速度計模擬電壓幅值頻域序列，利用公式（I)計算得到石英挽 性加速度計在不同振動頻率和振動幅值下的標定因數(shù)：
[0013] Gj (f i) = Vj (f i) /aj (f i) (1)
[0014] 式中，Gj化）表示振動頻率為時第J次振動幅值對應的標校因數(shù)，aj化）為振動 頻率為時第j次施加的振動幅值，為振動頻率為時施加的第j次振動幅值對應 的正弦振動的半峰值；
[0015] 步驟5、判斷每個振動頻率下，施加不同振動幅值時測試得到的標度因數(shù)之間相 對誤差不超過1%，即可評定為有效測試，相對誤差計算根據(jù)公式（2)實現(xiàn)：

【權(quán)利要求】
1. 一種石英撓性加速度計高精度動態(tài)標校方法，其特征在于，包括： 步驟1、將石英撓性加速度計安裝在標準低頻振動激勵臺，使其敏感軸方向與振動方向 平行； 步驟2、標準低頻振動激勵臺依次產(chǎn)生特定頻率和幅值的正弦振動，振動頻率依次為IHz、2Hz、5Hz、IOHz、20Hz、30Hz、40Hz、60Hz、80Hz、IOOHz、120Hz，同一振動頻率下產(chǎn)生η種 不同的振動幅值，η大于或等于5,不同振動頻率和不同振動幅值構(gòu)成不同工況；振動幅值 在石英撓性加速度計設計量程內(nèi)隨機設定； 步驟3、針對每個測試工況，采集正弦振動時石英撓性加速度計的加速度計模擬電壓時 域信號序列，在加速度信號檢測單元上經(jīng)過預處理后，傳到頻譜分析儀進行FFT，得到加速 度計模擬電壓幅值頻域序列； 步驟4、根據(jù)所述加速度計模擬電壓幅值頻域序列，利用公式（1)計算得到石英撓性加 速度計在不同振動頻率和振動幅值下的標定因數(shù)： Gj^fi) =Vj^fi)/aj (fi) (1) 式中，G^fi)表示振動頻率為&時第j次振動幅值對應的標校因數(shù)，a^fi)為振動頻率 為A時第j次施加的振動幅值，ajfi)為振動頻率為&時施加的第j次振動幅值對應的正 弦振動的半峰值； 步驟5、判斷每個振動頻率^下，施加不同振動幅值時測試得到的標度因數(shù)之間相對誤 差不超過1 %，即可評定為有效測試，相對誤差計算根據(jù)公式（2)實現(xiàn)：
式中，S(A)為振動頻率為&時的相對誤差，石〇：)為振動頻率為&時不同振動幅值的 標度因數(shù)平均值;max()表示取最大，式⑵中G^fi)中的j取遍1?η; 步驟6、參考圖3,將得到的各個振動頻率的標定因數(shù)平均值反及對應的頻率值& 采用最小二乘法進行曲線擬合，得到多項式動態(tài)標校函數(shù)；其中，曲線擬合所采用的多項式 可以從3次開始嘗試；當擬合度評價大于或等于0. 999時，得到用于標校的動態(tài)標校函數(shù) C，否則重新進行更高次曲線擬合，直到擬合度評價大于或等于0. 999 ; 步驟7、標校時，對石英撓性加速度計檢測得到的加速度計模擬電壓時域信號序列進行FFT，得到加速度計模擬電壓幅值頻域序列； 步驟8、將步驟6得到的動態(tài)標校函數(shù)C離散化為離散標校函數(shù)序列，離散的頻率間隔 與步驟7中FFT后的序列頻率間隔相等，得到離散標校因數(shù)G(fk)，k為離散標校因數(shù)的序 號； 步驟9、通過公式（3)對步驟7得到的加速度計模擬電壓幅值頻域序列進行標校修正， 得到標校后的加速度計模擬電壓幅值頻域序列；
式中，3(乂）為標校后加速度計模擬電壓幅值頻域序列中的第k個數(shù)據(jù)，以/；)為步驟 7得到的加速度計模擬電壓幅值頻域序列中的第k個數(shù)據(jù)； 步驟10、對標校后加速度計模擬電壓幅值頻域序列進行IFFT運算，得到標校后的加速 度計模擬電壓時域信號序列。
【文檔編號】G01P21/00GK104237564SQ201410449808
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】趙偉, 王海明, 李云鵬, 霍紅慶, 徐文林, 雷軍剛, 高青松 申請人:蘭州空間技術(shù)物理研究所