加速度计温度补偿模型的研究

　　加速度计作为惯导系统的主要的惯性仪表, 其精度直接影响惯性系统的精度[ 1] . 由于加速度计本身结构的不尽完善, 在环境因素改变时, 加速度计将产生误差. 影响惯性器件的精度环境诸多因素中, 环境温度的影响不容忽视. 必须考虑抑制温度对加速度计的影响. 一般来说有两种方法可以达到这个目的, 一种方法是严格控制传感器的温度, 即实行温控, 这种方法的缺点是增大体积, 增加成本, 而且实现复杂[ 2, 3] ; 另一种方法是研究环境条件对加速度计数学模型影响的规律, 给出加速度计的温度模型并储存在导航计算机中, 由导航计算机实时的进行补偿, 这种方法结构简单, 成本低, 在捷联系统中用的比较广泛. 本文将对加速度计的误差进行分析、建立温度补偿模型并实现实时补偿.

　　1 加速度计的温度特性

　　摆式加速度计是在捷联姿态基准和导航应用中广泛使用的加速度计, 这种装置通过测量使一个铰接的摆锤保持在标称位置的力矩来获得加速度的值. 摆式加速度计的结构方式依制造厂家而有所不同, 但一般可分为两大类: 充液式加速度计和干式加速度计. 充液式加速度计通过粘性液体产生阻尼和浮动, 干式加速度计则用空气、氮气或电磁阻尼. 本系统使用的是石英挠性摆式加速度计.

　　本系统的加速度计的输出值在整个工作过程中都存在漂移, 图1 为系统在静止条件下z 轴加速度计( 输入为1 gn ) 在一个小时内的输出数据, 可以看到, 当启动开始阶段, 加速度计漂移值非常大, 这是由于开始阶段加速度计本身和IF 板的温度变化剧烈而导致加速度计零偏和标度因子的变化造成的.一段时间后, 漂移值将变小, 但整个过程都存在, 这是由于系统工作过程中发热造成的. 以前我们通过预热的方法来减小漂移的影响. 但是在预热后整个惯导系统在工作时温度还有比较大的变化, 有时能达到10℃到20℃ , 所以单纯的预热效果还是不很理想. 为了对加速度计的标度因子和零偏误差更好地补偿, 下面我们研究它们的温度特性, 得到较为理想的实时补偿模型.

　　由上面的分析, 可知温度对加速度计的影响很大. 下面讨论一下温度是如何影响加速度计的标度因子和零偏的.

　　1. 1 加速度计本身正常工作时的温升的影响[ 5]

　　在设计加速度计时, 由于考虑到整个加速度的量程范围内, 最大加速度通常只在很短的时间内发生, 为了尽量减小体积重量、提高材料的利用系数,在设计力矩线圈时, 通常对允许发热量是选取短时工作的额定值. 因此, 当加速度计受到大加速度作用时, 力矩线圈的温升很快, 在表壳内形成了温度梯度, 这可能会有如下的影响.