加速度计动态校准装置的研究

　　0　引言

　　惯性制导和导航的飞速发展,对惯导系统中的关键器件加速度计的精度要求越来越高,但加速度计的精度保证要靠比较完善的测试校准设备。在静态校准领域我们已经掌握了比较全面的校准能力,能够实现对加速度计的重力场静态翻转测试校准、精密离心机上的离心测试校准及对加速度计在给定的温度场进行重力翻转试验,保证了加速度计静态精度的测试校准要求。但在加速度计动态精度测试校准方面,除了冲击振动的环境测试外,就只有电模拟测试和实际靶试验证。冲击振动试验不是标定试验,仅仅是一种环境试验,无所谓动态精度。然而电模拟测试也只是模拟加速度计电路的情况,并不是真正的动态加速度,对加速度计结构和整体性能起不到模拟作用,对加速度计动态性能的确定只能是参考作用。然而实际靶试由于费用昂贵,只能进行极少量的试验,无法提供充足的试验数据,不能保证制导武器大量生产的质量。为满足加速度计应用发展的测试校准要求,提高加速度计的测试校准水平,我们在“十五”期间对加速度计的动态校准方法和校准装置进行了研究,很好地解决了加速度计的动态校准问题,为惯导级加速度计的应用和发展提供了可靠的保障。

　　1　加速度计动态校准装置的原理

　　加速度计动态校准装置采用了双离心机的原理,由于离心机技术是成熟的技术,同时离心机的加速度精度也很高,对完成我们这套加速度计动态校准装置提供了可靠的技术保障。以下为该装置原理。如图1所示,在主离心机的转盘边缘上安装从离心机,加速度计安装在从离心机的台面上,其检测质量(proof mass)的质心与从离心机的旋转中心重合。主离心机和从离心机的旋转轴都垂直于水平面,加速度计输入轴平行于水平面。

　　主离心机以角速率ω1旋转,从离心机以角速率ω2旋转。主离心机旋转产生一定的加速度幅值,从离心机匀速旋转改变加速度计输入轴方向,从而在加速度计检测质量质心处产生正弦动态加速度。通过采集加速度计输出,和标准正弦加速度进行比对,实现对加速度计的动态校准。

　　综合主离心机和从离心机旋转方向、加速度计检测质量质心位置等情况,经过分析和推导,建立了双离心机原理的加速度数学模型。

式中:a为被测加速度计输入轴上的加速度,m/s2;R1为主、从离心机旋转中心之间的距离,m;R2为从离心机旋转中心到加速度计敏感质量中心的距离,m;ω1为主离心机角速度,rad/s;ω2为从离心机角速度,rad/s;Φ0为加速度计输入轴与径向X轴的夹角,rad。

　　当R2=0时,有

　　2　加速度计动态校准装置的组成及设计