M6加速度计的自诊断系统

　　1.引言

　　数据准确度是任务成功的关键，因此运载器上需要安装自诊断(SD)加速度计。航天器飞行时，计算机依据来自传感器的数据作出判断并采取行动，自诊断加速度计在其中显得尤其重要。智能系统需要加速度计的实时信息，加速度计应具有处理包括软故障在内的性能以便在航天应用中有足够的可靠性。加速度计的故障如安装力矩不正确或发生变化和非灾难性的损坏，均可产生不准确的数据。这些故障应该立即被查明，以便智能系统采取适当的行动。研究SD系统的目的是提高智能传感器系统的实时性能，满足航天飞行器对监测设备的可靠性要求。

　　SD系统利用加速度计的压电晶体来测量加速度和获得诊断数据。这个系统不改变M6加速度计的加速度测量性能和结构。SD系统工作时使用正向和反向压电效应同时测量加速度和检测软、硬故障，加速度和诊断数据都是实时采集的。一般情况下，低频波段是为加速度的测量而保留的。为了便于实时监测，SD系统使用了一个独立的高频波段。在这个频段上，通过采集反向压电效应的平均值得到诊断数据。结合软硬故障诊断图像的经验模型，可以确定加速度计的工作状态。提出了源于经验模型的SD函数。M6SD系统最初的设计准则是检测包括加速度计何时从底座松动和温度变化在内的几种软硬故障。

　　早期研究为诊断数据评价提供了几种信号处理技术，这些技术包括对可接受的诊断频率波段和窄波及宽波数据的分析方法。诊断速度和精度是主要研究内容。由于几种诊断事件可能同时发生，SD系统对一个完整诊断记录的分离和辨别能力显得十分重要。

　　2 M6自诊断加速度计系统

　　M6自诊断加速度计系统对问题连续监测。如图1所示，M6SD加速度计控制系统就地将加速度和诊断数据分离。诊断发生器提供一个电平信号用于驱动M6的压电晶体，它也测量生成的诊断图像，并将图像信号转换为SD数据以确定软、硬故障。加速度信号处理器采集加速度信号并过滤诊断发生器电驱动的低频特性输出，最终提供一个经过预处理的加速度信号。SD控制系统为加速度连续波测量提供20比z带宽，可提供建立在离散周期上的周期性数字诊断信息，诊断周期主要由所采用的信号处理算法控制。M6SD加速度计系统最初的设讯目标是每秒提供1次诊断信息。

　　3 SD函数的研究

　　SD函数是一个数学模板，用于对环境条件如温度进行辅助诊断，或用于确定软、硬故障。SD函数的应用频段范围包括了压电加速度计在安装和自由状态下的主要振动频率。图2所示为一个简单的多端口加速度计模型，图中表示了当使用压电晶体正向和反向压电效应时，加速度计的电子、机械和压电特性之间的内部关系。SD函数采用与动态电流I(s)和传感器输出电压E二(s)相关联的反向压电效应的时间一频谱特性。