Experimental investigation into the effects of exciter motions on the primary calibration of single-ended accelerometer

It is widely known that in the primary calibration of accelerometers by using a laser interferometer, a device under test (DUT) and the laser interferometer should measure vibration at the same reference position. However, this is not applicable to single-ended accelerometers because of the limitation of their design. One way of overcoming this limitation is to measure the vibration at several positions on the exciter table surface which connects DUT to a vibration exciter. However this can present the effects of rocking motions of the exciter. Although the motions of vibration exciters are presented in several studied, the different model of exciters might have different characteristics. This paper aims to study the motions of an air-bearing exciter (model 2911) used at National Institute of Metrology (Thailand) in order to expose their characteristics, their effects on the calibration results and the measurement errors due to these effects. The motions of the exciter are shown in terms of magnitude and phase shift distributions of sensitivities. These can be obtained by measuring the magnitudes and phase shifts at several positions on the exciter surface. The effects of exciter motions are measured in terms of how much the magnitudes and phase shifts at each measured positions deviate from the average values. To illustrate these effects, parametric studies were conducted. The influences of four parameters, i.e. the angular positions of the laser points, the distance of the laser positions from the centre of the exciter surface, the number of measured positions to be averaged and the mass loading effect, were examined experimentally. The frequency of interest is between 10 Hz and 15 kHz.     

野外环境下陀螺全站仪定向精度与稳定性的测试与分析

基于高精度的野外地表控制网,针对不同的时间、地点和温度变化环境以及振动变化环境等实际的野外观测条件,对HGG05型陀螺全站仪的稳定性和指北定向精度进行测试与研究,通过多个周期测试数据的分析,总结出了一套方法可行、成果可靠的陀螺全站仪测试方法与数据处理程序。     

激光陀螺捷联惯导尺寸效应误差分析与补偿

在高动态条件下,加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源.文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理,认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起,分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差.对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行了推导.对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型.以导航速度为观测量,建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程.一系列的试验证明,尺寸效应补偿有效地提高了导航精度.     

基于光纤陀螺的转台周期性误差抑制方法

为抑制测角系统周期性测量误差对光电跟踪系统速度平稳性和成像效果的影响,采用光纤陀螺系统建立误差模型和误差补偿器,对系统进行误差补偿控制。首先,对测角系统测量结果中含有周期性误差的机理进行分析,建立了周期性测角误差的数学模型;其次,采用高精度光纤陀螺建立了一套基于傅里叶理论的角度测量误差模型采集系统,并通过七个步骤提取了测角误差模型的具体表达式;然后,根据提取的测角误差表达式,分四个步骤对系统周期性误差进行补偿控制。最后,通过跟踪成像实验来验证控制补偿的有效性。实验结果表明,跟踪速度误差的最大值降低到0.04 ()/s,比未补偿控制时降低了8倍左右,满足光学成像系统速度误差小于0.1 ()/s的要求,条纹成像效果得到了明显改善。     

微机电系统压电振动台迟滞补偿方法研究

微机电系统（MEMS）压电振动台作为加速度传感器现场标定平台的新秀,能够提供片上物理驱动环境,为加速度传感器的快速重新标定提供持续稳定的加速度信号,然而用于压电振动台驱动的压电材料具有明显的迟滞特性,严重影响平台振动信号的稳定性和连续性。基于上述振动台振动特性,建立基于多项式拟合的压电迟滞模型,采用前馈控制和反馈控制相结合的复合控制方法对压电振动台进行控制和加速度滞后补偿。实验结果表明,在10 V（317 Hz）正弦电压激励下,MEMS压电振动台提供的简谐振动信号的加速度最大误差从1.3g降到了0.05g。     

一种六维加速度传感器的测量属性分析*

本文研究的六维加速度传感器为并联机构,旨在用于低频作业装备下的小量程加速度测量。为了能够准确地获取传感器的测量属性,采用并联机构的守恒转换的方法求解传感器的刚度矩阵,通过对传感器的简化建立系统的无阻尼自由振动模型,获得传感器固有频率求解的理论表达式,对双悬臂梁弹性元件进行分析,计算获得悬臂梁弯曲应力与上平台加速度加载的关系曲线,利用有限元分析仿真确定传感器的测量范围,经过实验验证,证明该传感器在16 Hz,x轴方向0~10 m/s2的加载状态下传感器测量电压与加速度加载量之间具有良好的线性关系,传感器的线加速度精度为1.3%。     

某液浮陀螺仪浮子在不同偏心下启动时受力仿真

针对单自由度液浮陀螺仪浮子在启动时的位置可能偏离几何中心的现象,首次研究了浮子在不同偏心程度下启动时液浮陀螺仪中浮子的受力情况。基于流体力学中球面Couette流的有关理论,结合计算流体力学并采用数值方法研究了浮子的受力情况。结果表明:浮子的偏心位置对压力与切应力大小分布有显著影响,且浮子两侧的压力差会随浮子偏心程度增加而增加。当浮子启动时偏心程度越大,浮子所受的合力也越大,极易造成浮子运动的不稳定,从而影响液浮陀螺仪的精度。     

磁悬浮控制力矩陀螺锁紧机构可靠性设计及优化

鉴于传统确定性优化方法没有考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,本文提出了一种基于可靠性灵敏度的锁紧弹片结构优化方法。首先,以某磁悬浮控制力矩陀螺锁紧弹片为研究对象,研究了有限元建模和失效模式;然后,考虑弹片结构尺寸和材料参数的随机性,结合响应面法与一次二阶矩法,研究了串联失效模式下弹片的可靠度计算方法,进而推导了可靠性关于设计变量均值和方差的灵敏度计算公式;最后,根据灵敏度分析结果,研究确定了弹片结构优化策略,构建了弹片可靠性优化模型。分析了安全系数法和可靠性法优化结果的差异,结果表明:与安全系数法相比,可靠性法的优化结果更好;在保证弹片可靠度的前提下,采用可靠性优化方法不仅使弹片质量下降了23.71%,使锁紧机构更加优化,而且使陀螺房质量也下降了0.98kg,有利于磁悬浮控制力矩陀螺整机结构的轻量化。     

高性能力矩器的设计

力矩器是力平衡加速度表的关键组件。在力矩器的设计中,采用了新的永磁、软磁材料,优化了力矩设计,计算了磁路工作磁场强度。给出了反馈力矩系数,分析了力矩系数对提高加速度表量程和保证精度的作用。     

光纤陀螺组合误差分析模型的建立

分析了开环光纤陀螺的零偏和标度因数误差及误差存在的原因,对光纤陀螺组合的测试方法进行了阐述,通过对大量的试验测试数据进行分析,特别是光纤陀螺零偏和标度因数误差受环境温度的影响的分析,提出了光纤陀螺误差补偿的数学模型,达到了减小误差、提高精度的目的。