石英挠性加速度计的标定与温度补偿研究

论文摘要

加速度计是惯性导航、惯性制导、惯性测量和控制检测设备的核心测量元件,广泛应用于航空、航天、国防等尖端技术领域及铁路、桥梁、建筑、车船、机械、石油化工、冶金、交通运输等国民经济领域。随着技术的不断进步,对于加速度计的精度、可靠性等要求越来越高。因此,对加速度计的主要参数进行标定分析,建立模型降低随机误差及温度等因素对其输出的影响,以提高加速度计的使用精度,就显得尤为重要。本论文以863海洋分技术为背景,对捷联姿态测量系统中的重要惯性器件——加速度计进行了调查研究,分析了加速度计静态参数的标定方法,提出了捷联姿态测量系统中加速度计组合及其安装误差的标定方案,建立了标定误差校验模型；针对本系统使用的石英挠性加速度计,介绍了其结构和原理,分析了其主要的误差源,并在重力场翻滚实验中采用十二点法和四点法进行了大量的实验,通过实验标定出了常温下加速度计的零偏、标度因数及二阶非线性系数等参数,根据实验数据分析了其启动时间、重复性、稳定性等静态特性,建立了适合系统应用的误差模型方程和安装误差补偿模型；分析了加速度计输出随机误差,建立了随机误差的AR模型；设计制作了温控装置,在-5℃～60℃温度范围内对石英挠性加速度计静态参数的温度特性进行了实验测试,标定了加速度计的静态温度系数；研究建立了加速度计的动态温度补偿模型,并进行了大量的动态温度补偿实验,结果表明所建的动态温度补偿模型可实现对加速度计的动态温度变化影响进行有效地补偿,进一步提高加速度计的实际使用精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 加速度计的发展及现状
• 1.2 加速度计测试方法简介
• 1.3 论文研究目的及主要内容
• 第二章 石英挠性加速度计的结构及原理
• 2.1 石英挠性加速度计的结构
• 2.2 石英挠性加速度计的原理
• 2.3 石英挠性加速度计误差分析
• 2.3.1 石英挠性加速度计的误差源
• 2.3.2 标度因数误差分析
• 2.3.3 偏值误差分析
• 2.4 加速度计常用名词定义
• 2.5 石英挠性加速度计静态模型方程
• 第三章 加速度计标定方案
• 3.1 加速度计标定方案选择
• 3.1.1 加速度计的离心实验法
• 3.1.2 加速度计的重力场实验法
• 3.2 重力场翻滚法原理
• 3.3 安装误差角分析
• 3.3.1 安装误差在模型方程中的表示
• 3.3.2 安装误差的四点法计算
• 3.3.3 转轴误差分析
• 3.4 数据处理方法
• 3.4.1 三角谐波分析法
• 3.4.2 最小二乘法
• 3.5 标定精度分析
• 3.5.1 多位置翻滚测试精度分析
• 3.5.2 四点法测试精度分析
• 3.6 捷联系统中加速度计组合的标定
• 3.6.1 系统中加速度计组合的二阶模型标定
• 3.6.2 系统中加速度计组合的安装误差补偿
• 3.6.3 加速度计二阶模型的校验
• 第四章 常温下加速度计静态参数测试
• 4.1 加速度计静态参数标定
• 4.1.1 十二点法标定实验
• 4.1.2 加速度计组合的四点法标定实验
• 4.1.3 加速度计信号采集电路分析
• 4.2 十二点法标定实验结果
• 4.3 加速度计静态参数标定
• 4.3.1 加速度计启动稳定时间
• 4.3.2 加速度计零g稳定性
• 4.3.3 加速度计1g稳定性
• 4.3.4 加速度计启动重复性
• 4.3.5 加速度计的短期稳定性
• 4.3.6 加速度计的长期稳定性
• 4.3.7 加速度计非对称性分析
• 4.4 加速度计随机误差分析
• 第五章 加速度计温度系数标定及补偿
• 5.1 实验设备
• 5.1.1 温控装置设计
• 5.1.2 温控箱结构
• 5.1.3 测温电路设计
• 5.2 加速度计温度系数标定实验
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验数据
• 5.2.3 加速度计温度系数的拟合
• 5.3 加速度计输出的温度补偿
• 5.3.1 加速度计静态温度补偿的缺点
• 5.3.2 加速度计温度传导模型
• 5.3.3 加速度计的温度补偿
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的成果