一種重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于重力儀技術領域，具體涉及一種重力儀用高精度加速度計分辨率測試 方法。
【背景技術】
[0002] 高精度加速度計具有動態(tài)范圍寬、無交叉耦合等優(yōu)點，在新型海空重力儀中逐步 取代傳統(tǒng)的彈簧機構作為重力敏感器使用。但高精度重力儀的精度一般優(yōu)于lmGal，相應的 對于重力敏感器的精度要求也很高，要求所用加速度計的分辨率至少達到l〇_7g的量級， 這比一般慣性系統(tǒng)中所用加速度計的技術指標高出1~2數(shù)量級。
[0003] 對于加速度計分辨率的測試，通常的方法是將加速度計安裝在高精度分度頭上， 使加速度計測量輸入軸在水平面附近。通過控制分度頭的轉(zhuǎn)動角度，精確調(diào)節(jié)重力加速度 在加速度計測量輸入軸上的分量，作為加速度計測量的輸入基準值。同時測試加速度計輸 出結果，通過對比加速度計輸出與基準輸入之間的關鍵，確定加速度計的分辨率。按照這種 方法，即使是在不考慮地基、安裝等因素影響的理想狀態(tài)下，要使加速度計分辨率的精度達 到l〇_7g的量級，則分度頭的精度至少要優(yōu)于0.1"。而目前的高精度分度頭精度一般為 1"，難以達到測試要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明需要解決的技術問題為：現(xiàn)有的加速度計分辨率測試方法難以滿足?？罩?力儀加速度計高分辨率的測試要求。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下所述：
[0006] -種重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、將分度頭調(diào)零，分度頭角度為零時安裝面在水平面內(nèi)；
[0008] 步驟2、通過安裝用的工裝將加速度計安裝在分度頭上，使得加速度計的測量輸入 軸與鉛垂線平行，正向指天。
[0009] 步驟3、連接加速度計電源，啟動溫度控制裝置和加速度計，等待溫度控制裝置穩(wěn) 定和加速度計輸出穩(wěn)定；述溫度控制裝置用于控制加速度計的環(huán)境溫度穩(wěn)定在一恒定值。
[0010] 步驟4、計初始位置分度頭示數(shù)為U。，記錄此時加速度計的輸出V。,;使分度頭向正 向轉(zhuǎn)動，使其依次分別停留在示數(shù)為U1+(i= 1，2, 3, 4, 5,…，N;N多5)的位置；每次停留時， 需待加速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出Vi+，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn)動， 直至完成所有N個位置的加速度計輸出的記錄；
[0011] 步驟5、將分度頭恢復到初始位置U。，記錄加速度計的輸出V。；使分度頭向負向轉(zhuǎn) 動，使其依次分別停留在示數(shù)為A(i= 1，2, 3, 4, 5,…，N;N多5)的位置；每次停留時，需 待加速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出V。，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn)動，直 至完成所有N個位置的加速度計輸出的記錄；
[0012] 步驟6、關閉溫度控制裝置和加速度計，根據(jù)測試所記錄的數(shù)據(jù)，進行分辨率的判 定；
[0013] 所述判定的具體方法為：
[0014] 求取同方向相鄰位置測試數(shù)據(jù)的差，并根據(jù)以下公式判定：
[0015] |V1+_V(1 1)+| > 0· 5Δ Θ，
[0016] v, -v(l 1} I > 0. 5Δ Θ ,
[0017] 如果所有的測試數(shù)據(jù)均滿足上述兩式，則判定加速度計分辨率滿足要求，反之則 判定加速度計分辨率不滿足要求。
[0018] 優(yōu)選的，步驟4和5中，所述轉(zhuǎn)動位置1]1+和Ui按如下原則確定：
[0019] 設分辨率指標要求為ΔΘ，則：
[0020] |cos(Ui+)-cos(U(i1)+) | =ΔΘ，Q= 1，2, 3, 4, 5...N)，
[0021] IcosOJi)_cos(U(i1} )I=Δθ，（i= 1，2, 3, 4, 5…N) 〇
[0022] 本發(fā)明的有益效果為：
[0023] 使用本發(fā)明的方法，能夠在不需要提高對常規(guī)設備性能要求的情況下，將高精度 加速度計分辨率的測試精度提升至優(yōu)于l(T7g的量級，能夠滿足?？罩亓x加速度計高分 辨率的測試要求，為重力儀用加速度計的研制和使用提供技術保障。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明的重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法，仍利用分度頭進行測試，但 將常規(guī)測試中加速度計輸入軸在水平附近進行測試改為了在鉛垂線附近進行測試，大幅降 低了加速度計輸入軸重力加速度分量變化對于分度頭轉(zhuǎn)動角度的敏感程度，從而顯著降低 了分度頭精度對于測試結果的影響。
[0025] 其具體步驟如下：
[0026] 步驟1、將分度頭調(diào)零，分度頭角度為零時安裝面在水平面內(nèi)。
[0027] 步驟2、通過安裝用的工裝將加速度計安裝在分度頭上，使得加速度計的測量輸入 軸與鉛垂線平行，正向指天。
[0028] 步驟3、連接加速度計電源，啟動溫度控制裝置和加速度計，等待溫度控制裝置穩(wěn) 定和加速度計輸出穩(wěn)定；所述溫度控制裝置用于控制加速度計的環(huán)境溫度穩(wěn)定在一恒定 值。
[0029] 步驟4、計初始位置分度頭示數(shù)為U。，記錄此時加速度計的輸出V。,;使分度頭向正 向轉(zhuǎn)動，使其依次分別停留在示數(shù)為U1+(i= 1，2,3,4,5, "·，Ν;Ν彡5)的位置。每次停留 時，需待加速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出Vi+，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn) 動，直至完成所有N個位置的加速度計輸出的記錄。
[0030]設分辨率指標要求為△Θ，則轉(zhuǎn)動位置U1+按照以下方式確定：
[0031] |cos(Ui+)_cos(U(i1)+) | =ΔΘ，Q= 1，2, 3, 4, 5…N) 〇
[0032] 步驟5、將分度頭恢復到初始位置U。，記錄加速度計的輸出V。。使分度頭向負向轉(zhuǎn) 動，使其依次分別停留在示數(shù)為A(i= 1，2, 3, 4, 5,…，N;N彡5)的位置。每次停留時，需 待加速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出V。，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn)動，直 至完成所有N個位置的加速度計輸出的記錄。
[0033]設分辨率指標要求為△Θ，則轉(zhuǎn)動位置A按照以下方式確定：
[0034] Icos(U; )-cos(U(i1} )I=Δθ，（i= 1，2, 3, 4, 5...N)。
[0035] 步驟6、關閉溫度控制裝置和加速度計，根據(jù)測試所記錄的數(shù)據(jù)，進行分辨率的判 定。所述判定的具體方法為：
[0036] 求取同方向相鄰位置測試數(shù)據(jù)的差，并根據(jù)以下公式判定：
[0037] V1+-V(l1)+| >0. 5ΔΘ,(i= 1,2, 3,4, 5-N)
[0038] V, -V(l1}I>0.5Δθ,(i=1,2, 3, 4, 5-Ν)
[0039] 如果所有的測試數(shù)據(jù)均滿足上述兩式，則判定加速度計分辨率滿足要求，反之則 判定加速度計分辨率不滿足要求。
[0040] 采用這種方法，當分辨率指標要求為1X1(Γ7g時，按照正負各五點選取的測試位 置如下表1所示。
[0041] 表1分度頭轉(zhuǎn)動位置表
[0042]
[0043] 用上述方法，Γ的分度頭誤差帶來的測試誤差小于5X1(Γ9g，因此應用普通設備 完成能夠滿足IXΚΓ7g分辨率指標的測試要求，不需要顯著提高對于分度頭等測試設備 的技術指標要求。
【主權項】
1. 一種重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1、將分度頭調(diào)零，分度頭角度為零時安裝面在水平面內(nèi)； 步驟2、通過安裝用的工裝將加速度計安裝在分度頭上，使得加速度計的測量輸入軸與 鉛垂線平行，正向指天； 步驟3、連接加速度計電源，啟動溫度控制裝置和加速度計，等待溫度控制裝置穩(wěn)定和 加速度計輸出穩(wěn)定；述溫度控制裝置用于控制加速度計的環(huán)境溫度穩(wěn)定在一恒定值； 步驟4、計初始位置分度頭示數(shù)為U。，記錄此時加速度計的輸出V。,;使分度頭向正向轉(zhuǎn) 動，使其依次分別停留在示數(shù)為U1+(i= 1，2,3,4,5, "·，Ν;Ν多5)的位置；每次停留時，需 待加速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出V1+，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn)動，直 至完成所有N個位置的加速度計輸出的記錄； 步驟5、將分度頭恢復到初始位置U。，記錄加速度計的輸出V。；使分度頭向負向轉(zhuǎn)動， 使其依次分別停留在示數(shù)為A(i= 1，2, 3, 4, 5,…，N;N多5)的位置；每次停留時，需待加 速度計輸出穩(wěn)定后，記錄此時加速度計的輸出V。，完成記錄后繼續(xù)向下一位置轉(zhuǎn)動，直至完 成所有N個位置的加速度計輸出的記錄； 步驟6、關閉溫度控制裝置和加速度計，根據(jù)測試所記錄的數(shù)據(jù)，進行分辨率的判定； 所述判定的具體方法為： 求取同方向相鄰位置測試數(shù)據(jù)的差，并根據(jù)以下公式判定： V1+-V(l1)+| > 0. 5Δ Θ, V, -V(l1} | > 0. 5Δ Θ , 如果所有的測試數(shù)據(jù)均滿足上述兩式，則判定加速度計分辨率滿足要求，反之則判定 加速度計分辨率不滿足要求。2. 如權利要求1所述的重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法，其特征在于：步驟4 和5中，所述轉(zhuǎn)動位置1]1+和Ui按如下原則確定： 設分辨率指標要求為△Θ，則：cos(Ui+)-cos(U(i1)+) | =ΔΘ，（i= 1，2, 3, 4, 5...N)， cos(? )-cos(U(i1} )I=Δθ，（i= 1，2, 3, 4, 5...N)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于重力儀技術領域，具體涉及一種重力儀用高精度加速度計分辨率測試方法。本發(fā)明的方法仍利用分度頭進行測試，但將常規(guī)測試中加速度計輸入軸在水平附近進行測試改為了在鉛垂線附近進行測試，大幅降低了加速度計輸入軸重力加速度分量變化對于分度頭轉(zhuǎn)動角度的敏感程度，從而顯著降低了分度頭精度對于測試結果的影響。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的加速度計分辨率測試方法難以滿足?？罩亓x加速度計高分辨率的測試要求的技術問題，使用本發(fā)明的方法，能夠在不需要提高對常規(guī)設備性能要求的情況下，將高精度加速度計分辨率的測試精度提升至優(yōu)于10－7g的量級，能夠滿足海空重力儀加速度計高分辨率的測試要求。
【IPC分類】G01P21/00
【公開號】CN105334350
【申請?zhí)枴緾N201510789160
【發(fā)明人】胡平華, 黃鶴, 詹雙豪, 苗成義, 唐江河, 趙明, 李愛萍, 陳曉華, 劉東斌
【申請人】北京自動化控制設備研究所
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月17日