加速度计八位置标定测试系统的开发

    加速度计用于测量载体线运动,将施加在载体安装轴向上的加速度信号转换成电信号输出,是惯性导航系统和惯性测量系统主要敏感器件之一,其精度直接影响 惯性系统精度。加速度计测试和标定系统用于对加速度计技术指标测试,并逐项分离出加速度计的参数。这些参数用于评估加速度计的性能和精度等级,也可以用于 构建加速度计的数学模型,为补偿提供依据,以提高在系统中的使用精度。

    用于生产的加速度计标定测试系统要求适用于各种不同输出形式(如电压输出型、电流输出型、频率输出型等),测试快捷准确,自动分离参数,还要求操作简单, 具有输出打印等功能。针对这些要求,我们以一台精密光学分度头为主要测试设备,配上相应的数据采集仪表和计算机软硬件,开发出了一种针对不同输出形式的高 精度的加速度计八位置标定测试系统。

    1　加速度计数学模型及八位置测试方法

    1.1　加速度计的数学模型

    加速度计的输出主要与载体运动环境有关,启动时的瞬态过程或温度平衡状况也是重要的因素,还有一些由不确定因素产生的随机成分,可表示为

    数学模型通常又分为静态模型、动态模型、温度模型和随机模型4种。其中静态模型是指在载体线运动环境下加速度计输入与输出的数学模型,表达加速度计输 出与沿平行或垂直于加速度计输入基准轴作用的加速度分量间的数学关系式。可采用重力场中的八位置标定确定。加速度计静态模型方程的一般形式为

式中　A_ind为加速度计输出所指示加速度;E为加速度计输出;a_i、a_p、a_o为分别为沿输入基准轴、摆基准轴和输出基准轴方向的加速度分量;K₀为偏值;K₁为标度因数;K₂、K₃为2、3阶非线性系数;K₄、K₅分别为输入基准轴与摆基准轴、输入基准轴与输出基准轴之间交叉耦合系数。

    实际模型取多少项与具体线运动环境,加速度计的类型、要求的使用精度以及测试条件有关。有时也取加速度计简化的静态模型方程:

    动态模型是指在载体角运动环境下加速度计输入与输出的数学模型。一种较完整的动态模型取9项,具体为

式中　D₁~D₈为常数项;ω_i、ω_j和ωk分别为i、j、k方向的角速度;ω_i、ω_j、ω_k分别为ω_i、ω_j和ω_k的微分。