一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，特別適用于測(cè)試分辨率 高于的加速度計(jì)，屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的加速度計(jì)測(cè)試方法最高可測(cè)的分辨率為5*l(T6g，對(duì)更高精度的擺式加速度 計(jì)已經(jīng)不再適用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及工程實(shí)踐的需求，已經(jīng)研制出高精度的加速度計(jì)， 如重力梯度儀用加速度計(jì)。重力梯度儀是一種高精度的重力場(chǎng)信息測(cè)量技術(shù)和方法，獲取 重力梯度數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于計(jì)量學(xué)、大地測(cè)量、地球物理、地球動(dòng)力學(xué)、空間科學(xué)、災(zāi)害預(yù) 巧。、海洋科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。為了能夠?qū)χ亓μ荻葍x用加速度計(jì)等高精度的加速度計(jì)進(jìn)行分 辨率的評(píng)估和測(cè)試，需要改進(jìn)現(xiàn)有加速度計(jì)分辨率的測(cè)試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用引力梯度測(cè)試加 速度計(jì)分辨率的方法，可用于對(duì)高精度的加速度計(jì)進(jìn)行分辨率的測(cè)試。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，包括 W下步驟：
[0005] (1)構(gòu)建包括引力產(chǎn)生裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)和微弱信號(hào)處理電路的加速度計(jì)分辨率測(cè)試裝 置；所述加速度計(jì)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，加速度計(jì)的輸入軸方向沿轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的切向方向，且 平行于轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面；微弱信號(hào)處理電路安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)W恒定的角速度勻速 旋轉(zhuǎn)時(shí)，微弱信號(hào)處理電路采集加速度計(jì)的輸出信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，得到引力產(chǎn)生裝置 的引力梯度；引力產(chǎn)生裝置為合金制成的球體，相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)可移動(dòng)，引力產(chǎn)生裝置的中屯、和轉(zhuǎn) 臺(tái)臺(tái)面的圓屯、始終位于同一水平線上；
[0006] (2)為轉(zhuǎn)臺(tái)、微弱信號(hào)處理電路和加速度計(jì)上電，使轉(zhuǎn)臺(tái)W角速度《勻速旋轉(zhuǎn)，基 于轉(zhuǎn)臺(tái)建立東北天地理坐標(biāo)系OXYZ，坐標(biāo)原點(diǎn)是轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的圓屯、；
[0007] (3)將引力產(chǎn)生裝置放置在位置1處，測(cè)量得到此時(shí)引力產(chǎn)生裝置的中屯、相對(duì)于 坐標(biāo)系OXYZ原點(diǎn)的距離向量江1，0, 0);
[000引 （4)加速度計(jì)根據(jù)周圍一切物體作用于加速度計(jì)的引力加速度ai產(chǎn)生電流信號(hào) Ei，微弱信號(hào)處理電路采集加速度計(jì)的電流輸出信號(hào)El并對(duì)其進(jìn)行處理，得到周圍一切物 體的引力梯度r^i和r xxi-ryyi;
[0009] 妨根據(jù)步驟（4)得到的引力梯度和r ui-ryyi、轉(zhuǎn)臺(tái)勻速旋轉(zhuǎn)的角速度，利 用如下公式計(jì)算加速度計(jì)的輸出信號(hào)El:
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 構(gòu)建包括引力產(chǎn)生裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)和微弱信號(hào)處理電路的加速度計(jì)分辨率測(cè)試裝置； 所述加速度計(jì)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，加速度計(jì)的輸入軸方向沿轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的切向方向，且平 行于轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面；微弱信號(hào)處理電路安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)以恒定的角速度勻速旋 轉(zhuǎn)時(shí)，微弱信號(hào)處理電路采集加速度計(jì)的輸出信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，得到引力產(chǎn)生裝置的 引力梯度；引力產(chǎn)生裝置為合金制成的球體，相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)可移動(dòng)，引力產(chǎn)生裝置的中心和轉(zhuǎn)臺(tái) 臺(tái)面的圓心始終位于同一水平線上； (2) 為轉(zhuǎn)臺(tái)、微弱信號(hào)處理電路和加速度計(jì)上電，使轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度《勻速旋轉(zhuǎn)，基于轉(zhuǎn) 臺(tái)建立東北天地理坐標(biāo)系OXYZ，坐標(biāo)原點(diǎn)是轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的圓心； (3) 將引力產(chǎn)生裝置放置在位置1處，測(cè)量得到此時(shí)引力產(chǎn)生裝置的中心相對(duì)于坐標(biāo) 系OXYZ原點(diǎn)的距離向量（Q，0, 0); (4) 加速度計(jì)根據(jù)周圍一切物體作用于加速度計(jì)的引力加速度產(chǎn)生電流信號(hào)Ei，微 弱信號(hào)處理電路采集加速度計(jì)的電流輸出信號(hào)￡1并對(duì)其進(jìn)行處理，得到周圍一切物體的引 力梯度rxyl和rxxl-ryyl; (5) 根據(jù)步驟⑷得到的引力梯度rxyl和rxxl-ryyl、轉(zhuǎn)臺(tái)勻速旋轉(zhuǎn)的角速度，利用如 下公式計(jì)算加速度計(jì)的輸出信號(hào)E1:
其中，AiS定值，K為加速度計(jì)的標(biāo)度系數(shù)，t為加速度計(jì)隨轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的時(shí)間，R為 加速度計(jì)與轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面中心的距離； (6) 將引力產(chǎn)生裝置放置在位置2處，測(cè)量得到此時(shí)引力產(chǎn)生裝置的中心相對(duì)于坐標(biāo) 系OXYZ原點(diǎn)的距離向量（L2, 0, 0)，且L#L2; (7) 按照步驟⑷一（5)所述的方法，得到引力產(chǎn)生裝置放置在位置2時(shí)加速度計(jì)的輸 出信號(hào)E2; (8) 計(jì)算引力產(chǎn)生裝置位于位置1和位置2時(shí)，加速度計(jì)實(shí)際輸出信號(hào)的變化值A(chǔ)EP 以及理論輸出信號(hào)的變化值A(chǔ)E，其中
，
，其中，m是引力產(chǎn)生裝置的質(zhì)量；G是萬(wàn) 有引力常量； (9) 判斷AEP與AE的比值是否大于0.5,若不大于0.5,改變引力產(chǎn)生裝置的位置2， 增大Q、L2的差值，直到AEP與AE的比值大于0. 5 ;若大于0. 5,則加速度計(jì)的分辨率合 格，加速度計(jì)的分辨率為△EP/K，測(cè)試結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述微弱信號(hào)處理電路包括I/V轉(zhuǎn)換電路、放大電路、陷波電路、第一帶通濾波電路、相 敏檢波電路和低通濾波電路； I/V轉(zhuǎn)換電路采集加速度計(jì)輸出的電流信號(hào)，對(duì)該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出給放 大電路； 放大電路對(duì)接收的電壓信號(hào)進(jìn)行放大增幅后輸出給陷波電路； 陷波電路對(duì)放大增幅后的電壓信號(hào)進(jìn)行一倍頻信號(hào)抑制，并消除殘留的一倍頻調(diào)制信 號(hào)，得到純凈的二倍頻電壓信號(hào)輸出給第一帶通濾波電路； 第一帶通濾波電路接收陷波電路輸出的電壓信號(hào)，并對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行帶通濾波后輸 出給相敏檢波電路； 相敏檢波電路根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)對(duì)帶通濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行相 敏檢波，得到正交信號(hào)幅值和同相信號(hào)幅值，根據(jù)正交信號(hào)幅值和同相信號(hào)幅值初步得到 引力梯度信號(hào)rxy和rxx-ryy輸出給低通濾波電路； 低通濾波電路接收相敏檢波電路輸出的引力梯度信號(hào)，對(duì)該引力梯度信號(hào)進(jìn)行消除高 頻噪聲處理后得到實(shí)際的引力梯度rxy和rxx-ryy并輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述I/V轉(zhuǎn)換電路包括運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2、運(yùn)算放大器A3、電容C0、電容C3、 電阻Rf、電阻RF、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ; 電容C0和電阻RF并聯(lián)后連接在運(yùn)算放大器A1的反向輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大 器A1的反向輸入端采集加速度計(jì)輸出的電流信號(hào)L，正向輸入端接地，輸出端用于輸出1/ V轉(zhuǎn)換電路處理后的電壓信號(hào)V;電阻R1 -端與運(yùn)算放大器A1的輸出端連接，另一端與 運(yùn)算放大器A2的反向輸入端連接，運(yùn)算放大器A2的正向輸入端接地，電容C3連接在運(yùn)算 放大器A2的反向輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大器A2的輸出端通過(guò)電阻R2與運(yùn)算放大器 A3的反向輸入端連接，運(yùn)算放大器A3的正向輸入端接地，電阻R3連接在運(yùn)算放大器A3的 反向輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大器A3的輸出端同時(shí)通過(guò)電阻Rf與運(yùn)算放大器A1的反 向輸入端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述第一帶通濾波電路包括電容C1、電容C2、運(yùn)算放大器A4、運(yùn)算放大器A5、運(yùn)算放大 器A6、運(yùn)算放大器A7、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10和電阻 R11 ； 電阻R4的一端接陷波電路的輸出另一端與運(yùn)算放大器A4的反向輸入端連接，運(yùn)算 放大器A4的正向輸入端接地，電阻R5連接在運(yùn)算放大器A4的反向輸入端和輸出端之間， 運(yùn)算放大器A4的輸出端與電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端分別與電阻R7的一端以 及運(yùn)算放大器A6的正向輸入端連接；電阻R7的另一端與運(yùn)算放大器A5的輸出端連接；運(yùn) 算放大器A5的輸出端向外輸出帶通濾波后的電壓信號(hào)V。，運(yùn)算放大器A5的正向輸入端接 地，電容C2連接在運(yùn)算放大器A5的反向輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大器A5的反向輸入 端通過(guò)電阻R8與運(yùn)算放大器A6的輸出端連接，電阻R9連接在運(yùn)算放大器A6的反向輸入 端和輸出端之間，運(yùn)算放大器A6的反向輸入端同時(shí)通過(guò)電阻R10與運(yùn)算放大器A7的輸出 端連接，運(yùn)算放大器A7的正向輸入端接地，電容C1連接在運(yùn)算放大器A7的反向輸入端和 輸出端之間，運(yùn)算放大器A7的反向輸入端同時(shí)通過(guò)電阻R11與運(yùn)算放大器A5的輸出端連 接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述陷波電路包括運(yùn)算放大器A8、電阻R12、電阻R13、電阻R14和第二帶通濾波電路； 電阻R12-端與放大電路的輸出連接，另一端與運(yùn)算放大器A8的反向輸入端連接；運(yùn) 算放大器A8的正向輸入端接地，運(yùn)算放大器A8的輸出端用于輸出陷波電路處理后的電壓 信號(hào)Vi;電阻R14連接在運(yùn)算放大器A8的反向輸入端和輸出端之間，電阻R13的一端與運(yùn) 算放大器A8的反向輸入端連接，電阻R13的另一端與第二帶通濾波電路的輸入端連接，第 二帶通濾波電路的輸出端與運(yùn)算放大器A8的輸出端連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述第二帶通濾波電路與第一帶通濾波電路的結(jié)構(gòu)組成相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，其特征在 于：所述放大電路采用反相放大器實(shí)現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種使用引力梯度測(cè)試加速度計(jì)分辨率的方法，該方法的測(cè)試裝置由引力產(chǎn)生裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)和微弱信號(hào)處理電路組成，加速度計(jì)安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)以穩(wěn)定速度旋轉(zhuǎn)，加速度計(jì)對(duì)引力產(chǎn)生裝置進(jìn)行引力信號(hào)檢測(cè)，微弱信號(hào)處理電路對(duì)加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行處理后得到引力梯度數(shù)值，由引力梯度數(shù)值與加速度計(jì)的輸出信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到加速度計(jì)的輸出信號(hào)。通過(guò)改變引力產(chǎn)生裝置的位置狀態(tài)，測(cè)量加速度計(jì)的輸出信號(hào)值的變化，由GJB1037-2004，當(dāng)兩個(gè)位置實(shí)際輸出信號(hào)的變化值與理論輸出信號(hào)變化值的比值大于50％時(shí)，得到加速度計(jì)的分辨率。本發(fā)明可作為高精度加速度計(jì)分辨率的測(cè)試方法，尤其適用于分辨率優(yōu)于0.1μg的加速度計(jì)的測(cè)試。
【IPC分類】G01P21-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104569496
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410835134
【發(fā)明人】李海兵, 郭剛, 胡寶余, 馬存尊, 馬杰, 楊慧
【申請(qǐng)人】北京航天控制儀器研究所
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日