运动感觉系统加速度在线测试

　　1 引言

　　根据模拟器国家标准和研制总要求, 为了保证飞行模拟器的动态操纵性能, 运动感觉系统的参数, 应当进行测试。模拟器的自动检测系统, 也要求能够在模拟器运行时, 对它的运动感觉系统实时的进行检测。目前空军还没有此类设备, 如果采购检测设备装机, 每台需要25 万元。不但成本高, 而且不能检测角加速度, 测试缺项。不利于模拟器的大批量生产, 特别是低成本的模拟器研制和生产。

　　运动感觉系统是靠计算机控制的运动系统给飞行员提供加速度感觉的, 只要检测运动加速度, 就可以检测运动系统的性能指标是否合格。需要测试的加速度为: 飞机加速度和角加速度在机体轴系中的分量。使用6 个加速度传感器 ADXL202 可以测量出轴向加速度, 角加速度可以通过线加速度推算出。

　　2 ADXL202 工作原理

　　ADXL202 利用先进的 MEMS 技术构成了双轴加速度测量系统。传感器主要由采用在硅片上经表面微加工的多晶硅结构和差动电容器组成。它是一种基于单块集成电路的功能完善的双轴加速度传感器, 其测量范围为±2g。它既能测量静态加速度 ( 如重力加速度), 又能测量动态加速度(如物体运动加速度)。与其它加速度计相比较, ADXL202 可在很大程度上提高工作带宽, 降低噪声影响, 零重力偏差和温度漂移也相对较低。

　　ADXL202 可从XFILT和YFILT管脚输出模拟电压信号, 其值与两根传感轴各自所感受到的加速度成正比。也可从 Xout 和Yout 管脚输出一定脉宽占空比数字信号。它的结构模块图如下所示:

　　3 系统测试原理

　　本系统用六片ADXL202 测试飞行模拟器运动平台三个轴向加速度: X 轴、Y 轴、Z 轴加速度及三个角加速度: 俯仰角、偏航角、滚转角加速度。加速度传感器空间方位如图2 所示: 其中, A1A2传感器测试 X 轴向加速度和俯角加速度; A1A2传感器测试Y 轴向加速度和偏航角加速度; A5A6传感器测试 Z 轴向加速度和倾斜角加速度。Li(i=1,2 6): 加速度传感器Ai到原点的距离。

　　由图可知, 模拟信号经过滤波电容和脉宽占空比解调器才能输出数字信号, 这增加了传感器的噪声和输出精度, 同时占用转换时间, 降低了采样频率。为了提高测量精度, 作者直接采样其模拟信号输出。这样,可以获得加速度传感器的最大带宽5000Hz。

　　下面简要说明加速度传感器测试原理, 仅以 A₁A₂传感器为例, 如图3 所示:运动平台进行X 轴向加速度和俯仰角加速度时,A1A2受力情况如图所示( 其它加速度方向垂直于1A2轴向, 对传感器没有影响)。其中, A₁O、A₂O: 加速度传感器到原点的距离,A₁O=L₁、A₂O=_L2。g: 重力加速度。aθn: 质点轴向加速度。aθt: 质点切线加速度。ax: 质点 X 轴向加速度。a_1x、a_1y: 传感器 A1检测到的其 X₁Y₁轴向的加速度。a_2x、a_2y: 传感器A2检测到的其X₂Y₂轴向的加速度。对A₁和A₂受力分析, 求解得到: