温度效应造成的半球谐振陀螺振幅和测角误差因素分析

在半球谐振陀螺工作的过程中,环境温度的变化是不可避免的。温度的变化影响谐振子尺寸变化,导致陀螺产生热漂移。根据振幅检测原理,推导温度效应误差的数学表达式,分析它对测量结果的影响,这对选择合适的补偿算法以消除温度效应误差有一定的指导意义。     

基于小波与灰色方法的半球谐振陀螺寿命预测

半球谐振陀螺具有成本高、批量小的特点,为了在不进行1:1实验的情况下评估其性能和寿命,提出基于小波分析与灰色关联度的残差修正GM(1,1)寿命预测方法。将小波变换引入半球谐振陀螺寿命预测中,利用2种紧支撑标准正交小波对半球谐振陀螺的漂移数据降噪处理以削弱序列的随机性,使用残差修正GM(1,1)模型对4个型号不同的半球谐振陀螺进行多周期数据预测,结合灰色关联分析方法得到半球谐振陀螺的预测寿命。实验结果显示,残差修正GM(1,1)对半球谐振陀螺预处理后漂移数据的预测精度高于GM(1,1)预测方法,表明该预测方法的正确性和有效性。     

全角模式半球谐振陀螺的信号检测

半球谐振陀螺由于制造工艺和其它因素的影响,其结构难免出现误差,会对测量结果产生影响,同时漂移的存在也会降低测量结果的精度.通过对结构误差和漂移的分析,介绍了一种全角模式下半球谐振陀螺的信号检测方法.这种方法可有效地使输出信号精度得以提高.     

MEMS陀螺仪驱动谐振频率的温度补偿方法

微机电系统(MEMS)陀螺的模态谐振频率和品质因子具有较强的温度敏感性,使得MEMS陀螺的输出零偏随温度漂移。为了解决零偏随温度漂移问题,提出了一种基于MEMS微机械陀螺的驱动谐振频率做温度基准的零偏温度补偿方法。温度在-40～60℃范围内变化,经多次循环测量陀螺零偏,获得零偏与温度之间的变化关系,并在此基础上,对零偏进行建模分析。利用谐振频率与温度的线性关系,以驱动谐振频率为温度参考,对陀螺零偏进行实时温度补偿。实验结果表明:上电零偏稳定性由补偿前的143. 81°/h变为补偿后的26. 51°/h,降低了5. 42倍;温度在-40～60℃范围内变化,补偿前后的零偏稳定性分别为1368. 05°/h和62. 86°/h,降低了22倍。     

半球谐振子振动特性批量化测试技术

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,其振动性能测试贯穿生产加工、调平和装配整个过程,是半球谐振陀螺制造必不可少的环节,特别是对于高精度半球谐振陀螺,其谐振子具备高Q值低频率裂解的特性,需要高效率、批量化的测试手段,以满足半球谐振陀螺批量生产的需求。为解决谐振子批量化测试问题,首先,介绍了半球谐振子的工作原理,仿真分析了谐振子振动特性和表征方法;其次,针对半球谐振陀螺谐振子振动特性测试问题,提出了基于波动特性原理的振动特性测试方法;最后,根据所提出的振动特性的测试方法,设计了单腔室多工位谐振子振动特性批量化测试平台和工艺,采用激光测振仪进行振动信号的采集,完成了谐振子振动特性的检测,极大地提高了测试效率,满足半球谐振陀螺批量生产的要求。     

全角模式半球谐振陀螺阻尼误差补偿方法研究

全角(WA)模式作为一种新型陀螺控制模式,可使陀螺具有高动态范围和稳定的标度因数,有广阔的发展前景。而阻尼不均匀是影响全角模式陀螺精度的重要因素。在研究全角模式下的运动模型和控制方案基础上,针对半球谐振陀螺阻尼不均匀导致的速率阈值和振型角漂移现象,创造性地提出了振型自进动和前馈阻尼补偿相结合的补偿方案。通过试验测试,半球谐振陀螺在经过补偿后突破了原先0.01°/s的速率阈值,并且其输出波动由0.37°降低到了0.048°。该方法达成的周向阻尼不均匀性的标定与补偿作用不局限于半球谐振陀螺,对于其他类型的哥氏振动陀螺,也能够起到同样的效果,对降低陀螺由阻尼不均匀引起的误差有重要意义。     

金属壳体振动陀螺的多参数温度补偿技术研究

金属壳体振动陀螺具有结构简单、精度高、体积小、可靠性高、寿命长等显著优势,在军用和民用领域都有广阔的应用前景。由于受材料特性影响,金属壳体谐振结构的Q值很难达到极高的水平,使得金属壳体振动陀螺的零偏漂移受温度的影响比较显著。传统的温度补偿方法存在滞回效应,补偿效果不理想。针对该问题,提出了一种多参数温度补偿方法。理论分析结果表明,力反馈模式下,阻尼不均匀变化是引起陀螺零偏漂移的主要因素。根据理论分析结果,选取正交反馈量、温度、驱动电压等三个变量作为补偿量;通过全温区测试,建立陀螺零偏漂移与补偿量的数学模型,利用该模型对陀螺零偏漂移进行补偿。补偿后,陀螺的全温区零偏漂移由补偿前的300 (°)/h减小为10 (°)/h,而采用传统温度补偿方法后的零偏漂移为35(°)/h,验证了该方法的有效性。     

基于改进灰色预测模型的半球谐振陀螺在线故障检测

针对基于半球谐振陀螺的导航系统故障检测的实时性要求高、数据变化缓慢等特点,提出了一种改进型的灰色预测模型,将移动窗口初值优化的灰色预测模型和最小二乘结合,对该类惯性传感器的故障进行实时在线检测.对处置优化的灰色预测模型的残差信号进行建模,提高了预测的精度,从而实现了利用少量的历史数据对下一时刻数据的准确预测,达到对半球谐振陀螺实时故障检测的目的.详细描述了改进型灰色预测模型的建模方法和步骤,并针对半球谐振陀螺的3种故障形式,与普通灰色预测方法进行了对比仿真研究.结果表明该方法可以准确、有效地进行在线故障检测.     

微机械陀螺封装应力研究

针对设计的微机械陀螺开展了封装应力影响的研究.在对陀螺封装影响进行理论计算分析的基础上,进行了有限元仿真分析,并分析了温度变化引起的不同结构梁的谐振频率的变化,结果表明:在封装应力的影响下,陀螺的谐振频率与温度存在线性关系,不同梁结构的线性增减是不同的,基底材料和粘胶的热膨胀系数与杨氏模量是影响谐振频率变化的因素.     

谐振式光纤陀螺偏振波动噪声的温度特性

光纤环形谐振腔环境温度变化带来的偏振波动噪声是影响谐振式光纤陀螺检测精度的主要光学噪声源之一,通过控制谐振腔温度,可以使偏振波动噪声得到有效抑制.为了抑制偏振波动噪声,减小R-FOG精度受FRR温度变化的影响,从理论上分析了谐振腔温度变化对谐振曲线、解调曲线的影响;针对不同温度下光纤环的谐振特性、解调曲线特性、陀螺零偏及零偏稳定性开展了实验,并对实验结果进行了分析.结果表明,谐振腔的工作温度为27.00℃时,两本征偏振态相距最远,总谐振曲线关于谐振频率点对称,谐振频率点检测误差可以忽略;陀螺零偏稳定性近似等于谐振腔温度为25.50℃时的1/100,在150 s的采样时间内达到0.07°/s,陀螺检测精度得到很大提高.     

Acceleration drift mechanism analysis and compensation for hemispherical resonant gyro based on dynamics

This paper proposes a procedure to analyze the mechanism of the hemispherical resonator gyro (HRG) drift caused by the acceleration. It is suggested that the deformation of the resonator due to acceleration results in the drift of HRG. The analytical solution to the dynamic model of the resonator is obtained using the Bubnov-Galerkin method. Compared with the numerical solution of finite element simulation, the analytical solution of dynamic modeling is verified to be available. In addition, the relationship between the deformation of the resonator and the HRG drift is established by the harmonic analysis. The HRG drift is approximately linearly increased with the increase of the magnitude of acceleration, and periodically varied with the increase of the phase of acceleration. A drift compensation model is built based on the HRG drift mechanism. The effectiveness of the proposed compensation method is validated through the position tumble experiment using the three-axis turntable. By compensating for the HRG drift, the HRG drift is reduced to one-sixth of its original size, which improves the output precision of the HRG.

     

压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿研究

针对微测系统中压电陶瓷传感器的灵敏度温漂会使其在变化的温度环境中工作时性能不稳定,进而影响检测精度问题,提出了一种基于改进Elman神经网络的压电陶瓷传感器灵敏度温漂误差补偿控制方法。分析了压电陶瓷传感器产生灵敏度温漂现象的原因。以压电陶瓷切削力测量传感器为对象,在不同温度下对传感器的灵敏度进行了标定试验研究。研究结果表明,压电陶瓷传感器在同一温度下工作时具有良好的线性度,在温度变化的环境中工作会伴有灵敏度温漂现象。为了有效补偿灵敏度温漂附加误差,提高检测精度,建立了基于改进Elman神经网络的灵敏度温漂补偿模型,并对模型涉及的学习算法、激励函数、输入输出层节点以及承接层和隐含层节点数等相关内容进行了研究。对比试验验证结果表明,所建立的灵敏度温漂补偿模型对压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿控制效果明显,未经灵敏度温漂补偿,直接按照常温下灵敏度标定结果预测的压电陶瓷传感器加载力和实际加载力之间误差较大,最大误差达到29.16 N,利用本文建立的基于改进Elman神经网路灵敏度温漂补偿模型补偿后,补偿模型的预测力和压电陶瓷传感器的实际加载力最大误差仅0.72 N,有效保证了检测精度。     

环形激光陀螺的零偏热效应补偿模型

热效应对激光陀螺零偏的影响非常明显且难以精确建模。根据对环形激光陀螺的大量温度试验的数据,分析了温度变化、温度梯度与温变速率对陀螺零偏漂移影响的规律,进而提出了一种适用于工程应用的环形激光陀螺的零偏热效应补偿方法。经试验验证,此模型能在一定程度上改善热效应对环形激光陀螺零偏稳定性的影响,为建立最后的误差补偿模型,进一步提高环形激光陀螺的精度打下基础。     

基于DSP的NaI（Tl）闪烁探测器温漂补偿方法

针对煤化工应用中环境温度影响NaI(Tl)闪烁探测器从而造成漂移的问题,提出了一种基于DSP的NaI(Tl)闪烁探测器温度漂移补偿的方法.首先研究了探测器的温度变化量与特征峰道址变化量的相关关系以及高压调整量与特征峰道址变化量的相关关系,并根据最小二乘法对数据进行曲线拟合.然后利用温度变化量与高压变化量关系反向调整高压模块电压和特征峰峰位追踪相结合的方法,设计了基于DSP的温度漂移补偿系统.最后检验了此方法用于温度漂移补偿的效果.检验结果表明所提方法的补偿效果远好于倍极电压补偿方法的效果,有效地对探测器温度漂移进行了补偿,探测器的谱漂移减小到0.1％,达到了实际应用中的要求.     

图象传感信号温度漂移的补偿方法

本文通过温漂分析和系统建模,提出一种图象传感信号的综合温度补偿方法。该方法避开了难于检测的温漂参量,借助易测的相关参量的在线估值,适时给出误差补偿量．该方法用于大温差测试现场,结果令人满意。     

微型航姿系统中磁传感器温度漂移补偿研究

研究了微型航姿系统中地磁传感器的温度特性,根据地磁传感器噪声的频谱特性,设计了带阻数字滤波器;基于地磁传感器测量原理分析传感器输出电压随温度变化的规律,利用多项式相消的方法建立磁传感器温度漂移误差的实时补偿模型,并应用于微型航姿系统的磁航向解算。多次试验结果表明:地磁传感器零偏模型具有良好的重复性,实时温度漂移误差补偿模型可以有效地补偿地磁传感器引起的温度漂移误差;缩短了系统的预热时间,提高了系统输出的磁航向精度。     

概念漂移数据流挖掘算法综述

数据流是一种新型的数据模型,具有动态、无限、高维、有序、高速和变化等特性。在真实的数据流环境中,一些数据分布是随着时间改变的,即具有概念漂移特征,称为可变数据流或概念漂移数据流。因此处理数据流模型的方法需要处理时空约束和自适应调整概念变化。对概念漂移问题和概念漂移数据流分类、聚类和模式挖掘等内容进行综述。首先介绍概念漂移的类型和常用概念改变检测方法。为了解决概念漂移问题,数据流挖掘中常使用滑动窗口模型对新近事务进行处理。数据流分类常用的模型包括单分类模型和集成分类模型,常用的方法包括决策树、分类关联规则等。数据流聚类方式通常包括基于k- means的和非基于k- means的。模式挖掘可以为分类、聚类和关联规则等提供有用信息。概念漂移数据流中的模式包括频繁模式、序列模式、episode、模式树、模式图和高效用模式等。最后详细介绍其中的频繁模式挖掘算法和高效用模式挖掘算法。