石英挠性加速度计性能分析平台的构建

　　0　引言

　　加速度计是惯性导航系统中的重要敏感元件,在高精度定位定向系统中,其性能好坏起着关键性的作用,这就使得对其定标测试和性能分析成为一项必不可少的工序。目前,加速度计测试工序多,操作复杂,很容易引起误操作,同时测试系统不能满足自动化、快速化的测试要求[1]。随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展,出现了GPIB通用接口总线。由于其接口编程方便、开发和使用容易、组建和拆散灵活等优点,使之成为目前应用十分广泛的测试总线。为了能更好的标定石英挠性加速度计性能参数,设计采用了典型的GPIB测量系统,根据测试数据构建了加速度计性能分析平台,为加速度计的稳定性分析、精度分析和性能评估及预测提供了相应的理论基础与依据。

　　1　加速度计测试原理

　　加速度计的测试是根据重力加速度矢量可以作为标定加速度计的标准输入量的原理进行的,以改变仪表相对于重力加速度矢量的位置来改变仪表各轴的输入参数,从而确定加速度计的各项误差系数[2]。石英挠性加速度计是典型的模拟反馈加速度计,它通常以电流或电压的方式输出。当采用重力场静态翻滚试验对加速度计测试时,文献[3]给出了加速度计的静态数学模型方程(省去了二、三次项):

　　式中:E为加速度计的输出;K0为偏值;K1为标度因数,K2、K3分别为输入轴和输出轴及摆轴之间的交叉耦合系数;Ai、Ao、Ap分别为3个方向上的加速度分量。

　　在一般情况下,对足够的试验数据进行标准的富式分析,便可以确定出模型方程的各个系数。文献[3]给出了在特殊情况下,利用一些特殊的角位置,模型方程的系数和加速度计输出之间的关系。将采集到的加速度计的输出值,进行相应的数据处理,便可以得到加速度计的主要参数值。工程上确定加速度计输入输出特性模型方程系数最常用的是四点法和八点法,在本系统中由于不需要标定二、三次项,故采用了四点法试验标定。所谓四点法,就是在重力场试验中,加速度计采用水平摆安装状态或侧摆安装状态,按等分的4个位置,分别取θ(输入轴与水平面夹角) =0°、90°、180°、270°,测出每个位置上的输出值,代入上述方程式中,进行数据处理,以得到模型方程的主要系数值:

　　2　基于GPIB的测试数据采集

　　数据采集就是将加速度计的输出经过适当转换后,经信号调理、采样、量化等步骤送到主控计算机进行数据处理的过程。石英挠性加速度计的标定测试主要是测量反馈回路的电流信号,但反馈电流信号比较弱,一般是微安级(),精确采集比较困难。为解决这一难题,在加速度计的输出端接一精密采样电阻,将电流信号转换为电压信号,采用数字电压表技术,利用数字电压表内部抑制噪声和信号处理等集成技术,实现微小信号的精确测量。