精密离心机测控与加速度计标校自动化系统设计

惯导加速度计在精密离心机上的标校试验,涉及精密离心机动态半径和静态半径精密测量、转速精确测控以及被校加速度计信号的正确采集与实时传输等,需严格控制各类测控仪器的动作时序逻辑实现精密离心机测控与加速度计标校试验的自动化操作;介绍一种精密离心机测控与加速度计标校试验自动化系统设计,硬件上基于LAN总线组网集成精密离心机各类测控仪器,构建分布式测控系统,并应用外部光栅编码器脉冲信号作为触发信号控制测控仪器的硬件同步时序逻辑;软件上应用共享变量技术实现各类测控参数的有序传输,针对动态波形类大数据测试信号的共享变量传输可靠性差问题,提出一种基于文件动态拷贝的网络数据传输方案,设计严格的共享变量传输逻辑机制,实现了各类测控参数正确有序采集与传输;应用试验表明,设计的测控与加速度标校试验自动化系统满足加速度计在精密离心机上的标校自动化应用需求,显著提高了加速度计标校试验效率。      

基于精密离心机的三轴硅微谐振加速度计标定方法

为更准确辨识三轴硅微谐振加速度计的误差系数,提高加速度计在飞行器上的加速度矢量测量精度,设计基于精密离心机的加速度计标定方法。分析硅微谐振加速度计的工作原理及误差项,在考虑离心机主要误差源的基础上建立包含零位偏移、标度因数、非正交安装误差、二次项误差与横向灵敏度的硅微谐振加速度计误差模型;设计离心机匀角加速度旋转的三姿态标定方法,在径向轴高g输入的同时,增加角加速度激励,可以更好标定加速度计横向灵敏度;对所提出的标定方法进行仿真,通过最小二乘法完成模型参数辨识。仿真结果表明,参数辨识相对误差可控制在2%以内,二次项系数与横向灵敏度辨识精度均小于1μg。     

基于调Q小波变换的心电信号特征量提取方法

与传统的基于频域划分信号分解方法不同,提出了一种基于品质因数的自适应信号分解方法。利用调Q小波变换自适应生成品质因数不同的小波函数作为信号分解的基函数,利用Mallat塔式算法将复合信号分解为具有持续振荡特性的高共振分量和具有瞬态冲击特性的低共振分量,并将其用于心电信号的特征量提取。相比于小波分析、经验模态分解等方法,该方法可以有效地去除信号中的噪声及干扰,分离频谱混叠且振荡形式不同的信号。通过数值仿真和实例分析证明了该算法的优越性。     

基于双离心机的加速度计动态校准装置

加速度计动态校准装置基于双离心机原理,通过主离心机和从离心机的同时旋转产生动态线加速度,从而实现对加速度计的动态校准.介绍了加速度计动态校准装置的工作原理,建立了其复现加速度的幅值数学模型,针对在大过载条件下从离心机精密旋转问题,设计了从离心机的结构形式和控制方案,并对校准设备所复现加速度的幅值不确定度进行了分析和试验验证,试验结果表明该装置复现动态加速度幅值测量不确定度优于0.2％.     

颤振试验中加速度计信号的时频滤波方法研究

针对飞机颤振试飞试验数据信噪比偏低的问题,提出了两种加速度计信号的时频域滤波算法,分别借助小波和分数阶傅里叶变换对数据进行时频分析,并在时频域内滤波.该类算法的共同思想是利用扫频信号在时频域内的聚焦特性,有效提取真实响应信号,达到了信噪分离的目的.文中给出了具体的滤波算法,并通过仿真算例和实际试飞数据检验了滤波效果.结果表明两种方法均可显著提高加速度计信号的信噪比.其中,小波变换方法的通用性较好,而分数阶傅里叶变换在处理线性扫频激励数据时表现了更优的去噪效果.     

六轴加速度计的结构原理与阻尼振动设计

静电悬浮加速度计为当前国际上精度最高的一类加速度计 ,本文的设计目标为 :量程 12 .5 μgn,灵敏度 1ngn,带宽 0 .1Hz。从静电悬浮加速度计的敏感结构设计出发 ,详细地论述了该类加速度计的电容位移检测原理和微弱加速度检测原理。通过适当的电极配置设计 ,并对六路差分电容输出进行适当的线性组合 ,探讨了该加速度计的六轴检测功能 (三个线加速度和三个角加速度 )。随后对该加速度计的静电悬浮支承系统进行了振动学分析 ,采用 1atm的空气阻尼 ,得出系统的阻尼振动频率为 0 .82 5 Hz,输出采样间隔为 4 s。本文的设计对研制高精度多轴加速度计具有重要参考价值。     

四随动式线加速度计动态校准装置的研制

常规振动台因输出幅值有限无法满足线加速度计高g值下的动态校准,针对该问题研制出带四随动平台的离心机。在分析了其工作原理基础上,从结构及电控两方面介绍了装置研制过程。结构方面首先介绍了装置轴系设计,其次以模拟计算出的轴系惯量值及要求转速值为设计输入进行了电机选型计算,并介绍了测角码盘的配置情况。电控方面,以稳速台为例,采用“空间矢量脉宽调制+id=0控制”方法建立系统模型,并给出调速模式仿真结果。以随动台为例,位置环设计采用复合控制方法,利用动态误差系数法由“双十指标”推算出前馈控制器参数可行域。最后通过实验对装置速率精度及平稳性指标、跟随正弦指令的幅值误差及相移指标进行了精度测试,结果表明校准装置满足项目指标要求,系统达到预期控制效果。     

加速度计几种模型辨识方法的比较研究

加速度计离心试验中,为了更精确的得到加速度计的模型系数,比较研究了3种辨识方法:最小二乘方法(加权最小二乘)、总体最小二乘方法和EV模型方法.通过仿真得出在输出噪声和输入噪声为白噪声或者近似白噪声且离心机精度优于1×10-5的情况下,最小二乘与其他2种辨识方法辨识精度相当.最后通过试验对比了最小二乘方法与加权最小二乘方...     

基于Michelson干涉原理的光纤加速度计的研究

分析了一种迈克尔逊干涉型光纤加速度计的结构设计和工作原理,详细推导了被测信号的加速度与迈克尔逊干涉仪的输出相位差之间的关系,并对加速度的灵敏度进行了相应的参数讨论,最后应用Matlab软件对光信号处理电路进行了仿真;结果表明,解调信号和待测信号相位一致性好,从而从理论上证明了这种结构新颖、体积小、精度高、成本低的干涉型光纤加速度计是合理可行的.     

新型加速度计集成芯片的原理及其应用

论述了新型加速度计集成芯片ADXL150／ADXL250的测量原理及内部电路结构,对其主要性能指标进行了介绍和分析。研究了这种集传感器和信号调理电路于一体的新型微机械元件的若干使用问题,对振动检测等典型应用的接口电路进行了介绍。     

一种加速度计的标定补偿方法研究

针对微惯性测量组合(MIMU)中的三轴加速度计因为安装误差的缘故,会在恶劣的锥运动环境下出现误差发散问题,本文提出一种基于三轴位置速率转台的静态旋转多位置补偿标定方法.本文通过分析误差角补偿模型来设计相应的标定试验流程,然后利用非线性拟合的数据处理方法,准确计算出标度因数矩阵和加速度计电压.最后,经过标定试验和误差计算,与十二位置标定法对比发现,本文所设计的标定补偿方法能够将误差小一个数量级,能有效提高加速度计输出精度,具有重要的工程实践意义.     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个...     

一种基于三维加速度传感器的人体行为识别方法

提出了一种基于单个三维加速度传感器的人体行为的特征提取及识别方法,主要识别了站立、走、跑、上楼和下楼五种动作. 该方法提取了多种统计特征包括标准差、偏度、峰度和相关系数实现多层分类. 实验表明, 本文采用的方法能够有效地识别这五种动作.     

基于GWO-BP方法的加速度计动态模型研究

针对高g值加速度计动态模型问题,基于Hopkinson杆的校准系统所测的输入输出数据建立系统模型,提出了GWO-BP神经网络动态建模方法。利用灰狼种群算法优化BP神经网络建立的加速度计动态模型,对模拟输入输出信号进行仿真。最后,利用Hopkinson杆标定系统对加速度计的输入输出进行实测。结果表明,相比于BP神经网络算法,该算法经过优化改进后,求解精度提高了43.6%,证明了该方法的可行性。     

一种关于挠性加速度计温度控制系统设计方法

为了提高石英挠性加速度计的零偏稳定性指标,确保惯性导航系统定位定向精度,需要石英挠性加速度计长期工作在稳定的环境温度范围内,相应的温度控制系统设计技术尤为关键;针对某高精度惯性导航系统对温度控制精度指标的实际需求,首先设计了以DSP为核心控制器的温度控制硬件电路;同时以加速度计组件为控制对象,建立温控模型,采用PWM波控制策略及增量式PID控制算法,利用MATLAB仿真工具获得较优的控制参数;在DSP中开发了温度控制程序,并进行参数整定、指标测试,最终使加速度计工作环境温度稳定在55±0.2 ℃范围内;通过实际应用验证表明,该方法针对石英挠性加速度计工程应用特点,实现的温度控制精度高,稳定性好,能够为惯性导航系统的高精度使用奠定基础。     

基于高阶补偿器的加速度传感器动态误差补偿方法

加速度传感器动态特性对其动态测量结果具有重要影响。为了改善加速度传感器动态性能,减小动态误差,提出了一种基于高阶补偿器的加速度传感器动态误差补偿方法,该方法通过建立加速度传感器ARX模型,利用加速度传感器模型极点确定高阶补偿器的阶次,并应用误差白化算法（EWC）获得高阶补偿器的参数,实现加速度传感器的动态误差补偿。实验结果表明,该方法有效改善了加速度传感器的动态特性,且高阶补偿器的补偿效果优于低阶补偿器的补偿效果。高阶补偿器补偿后传感器输出超调量和残差均是低阶补偿后的三分之一,响应时间是低阶补偿后响应时间的一半左右。     

MEMS高g加速度传感器固有频率的优化及验证

由于设计的MEMS高g加速度传感器固有频率低,导致测试过程中出现谐振现象。本文分析了传感器的特殊结构参数对固有频率的影响,提出了一种优化固有频率的方法。该方法通过减小质量块质量和优化梁厚度与长度的比例来调整传感器的固有频率,并通过理论仿真验证了该结构的固有频率从330 kHz提高到550 kHz,然后利用动态测试系统对优化前后的高g加速度传感器分别在20 000gn和150 000gn作用下测试输出信号。实验表明该优化方法提高了该类传感器结构的固有频率,明显消除了测试中的谐振现象。     

微加速度计固有频率的推导及验证

为了解决压阻式加速度计的动态特性欠佳的共性,避免微加速度计在工作过程中因为共振导致结构损坏,在结构设计过程中选择合理固有频率是至关重要的。本文就针对一种四边八梁结构的高gn值压阻式加速度计,通过力学知识,简化结构并推导出其固有频率的理论计算公式,并利用有限元仿真软件和测试高gn值加速度计频率特性的方法,对此理论公式进行了仿真和实验验证,证明此理论公式的正确性和可用性。这样,在加速度计结构的设计过程中,可以直接利用此公式计算出结构的固有频率,从而减化加速度计的结构设计和优化过程,设计出最合理的固有频率结构。     

带质量块硅悬臂梁加速度传感器的特殊工艺

对带质量块的悬臂梁加速度传感器的特殊工艺:硅梁及形状控制的各向异性腐蚀,梁厚的精确控制、双面光刻、有孔硅片匀胶等技术进行了研究,为批量生产克服了工艺障碍。