加速度计离心试验的调心原理与方法

　　1　引言

　　随着惯性技术的发展,对加速度计精度的要求也越来越高。为了提高加速度计的使用精度,必须对其误差进行补偿,特别是非线性误差的补偿。加速度计的离心试验就是利用精密离心机产生的向心加速度作为输入,测量加速度计在高加速度下各项性能参数的试验,尤其是非线性项的参数,以便为加速度计的误差补偿提供依据。加速度计在进行离心试验时,必须精确测定工作半径R和回转角速度ω,以便提供精确的输入加速度。回转角速度ω的精度由离心机稳速系统来保证,工作半径R则需试验时精确测量。当离心机工作端具有反转平台时,虽然已知主轴轴线和反转平台轴线的距离,即已知工作半径R值,但必须在测试前将加速度计的坐标原点(习惯上称为加速度计的质心)精确调整到反转平台的轴线上,这一过程称为调心。现有的调心方法,都是采用一维调心的方法,但这种调心方法存在原理性误差,从而引起离心机工作半径R的误差。本文采用二维调心的方法可以克服一维调心所存在的问题。

　　2　调心原理

　　惯导用精密离心机的测试端常带有反转平台,测试时被测加速度计安装在反转平台上。反转平台实质上是一个精密速率转台。利用反转平台可以进行调心,用来确定静态半径R。带有反转平台的离心机的示意图如图1所示。

　　图1中,1为离心机回转主轴,2为反转平台的回转轴,其中1轴与2轴之间的距离R精确已知。调心的目的就是将加速度计的质心调到反转平台的回转轴线上,这样R即为加速度计离心试验的静态半径。调心分为一维调心和二维调心。如图2所示为一维调心时所用的坐标系示意图。

　　O1-X1Y1Z1为离心机主轴坐标系。它固联在主轴上,其原点在主轴轴线与外环轴轴线交点处;O1X1指向离心机精密端为正;O1Z1为主轴轴线,指向上为正;O1-X1Y1Z1组成右手坐标系。

　　O2-X2Y2Z2为反转平台坐标系(又称调心台坐标系,方位轴坐标系)。它固联在方位轴上,其原点O2为外环轴轴线与方位轴轴线的交点,初始位置时,O2X2平行于O1X1,指向主轴方向为正;O2Z2为方位轴轴线,指向上为正,初始位置时,O2Z2平行于O1Z1;O2-X2Y2Z2组成右手坐标系。

　　Oα- IOP为加速度计坐标系。OαI、OαO、OαP分别为加速度计的输入轴、输出轴和摆轴。初始位置时,OαI平行于02X2,OαO平行于O2Y2,OαP平行于O2Z2。

　　一维调心是指在O1X1方向上调整加速度计质心的位置。根据向心加速度公式α=rω2,ω≠0,r=0时,α=rω2=0。当反转平台以某一恒定转速旋转时,如果OαO2≠0,则加速度计输入轴敏感向心加速度α=rω2,其中r=OαO2,加速度计的输出不为零。根据加速度计输出的变化趋势,通过调心机构调节加速度计质心的位置,直到加速度计输出等于零为止。一维调心的条件是加速度计的质心Oα在O1X1方向上。如果不满足这一条件,则一维调心存在原理性误差。下面分析一维调心的原理缺陷。