石英挠性加速度计的温度补偿研究

　　0　引言

　　加速度计是捷联姿态测量系统的核心器件之一,在惯性姿态测量系统中主要用于初始水平姿态对准、载体运动引起的位置速率的解算及计算地理纬度值等。其精度直接影响着系统初始水平姿态对准和姿态测量精度。在影响加速度计测量精度的各因素中,温度对加速度计的输出有着较大的影响。因此,在实际应用中,需要采取措施减小温度对加速度计输出的影响。

　　1　加速度计温度补偿方法

　　目前减小温度对加速度计影响的方法主要有两种,一是在加速度计上加装恒温装置,使其处于恒温状态,从而消除温度的影响。另一方法是研究加速度计参数的温度特性,通过软件对加速度计输出进行温度补偿。比较两种方法,恒温的方法效果较好,但是由于需要安装恒温装置,增加了系统成本,增大了设备体积,在一些对设备尺寸有要求的场合并不适用。温补的方法是通过软件来完成,简单易行,比较实用。文中以常用的石英挠性加速度计为对象进行加速度计的温度补偿方法研究。

　　加速度计的简化模型为:

　　A = k0+k1ai(1)

　　式中:k0为加速度计的零偏;k1为加速度计的标度因数;ai为输入加速度大小。

　　通常,加速度计参数K (k0与k1)与温度T有以下线性关系:

　　式中:T为环境温度;bi(i =0,1,…,m)为温度系数;m为阶数,通常取m =1已足够。

　　只要测试出足够多的温度点下加速度计的k0、k1值,便可通过拟合得到加速度计各参数的温度系数,进而可以获得加速度计在任意温度点下的系数值,从而实现温度补偿。

　　采用这种方法在实际应用中会出现一个问题。加速度计输出受温度的影响,主要是由于内部元件因温度变化导致其特性发生变化所致,因而加速度计因温度产生的输出变化反映的是加速度计内部对温度敏感的元件的温度变化。然而在实际应用的加速度计温度系数标定及补偿中,温度传感器不能装载在加速度计内部直接测量内部元件的温度,而是贴于加速度计表壳,测试的是加速度计表壳的温度。当加速度计受环境温度变化影响时,自身温度变化是由外向内的热传导过程,内部温度变化将滞后于表壳温度,反映在实验数据上,就是受加速度计内部元件温度变化影响的加速度计实际输出,将滞后于根据加速度计表壳温度拟合出的加速度计输出值。在一些需要加速度计提供实时数据的实际应用中,需要对加速度计进行实时温度补偿校正。

　　2石英挠性加速度计温度传导模型

　　加速度计实时温度补偿校正的方案:建立加速度计自身温度传导模型,通过此模型,适时地将温度传感器测得的加速度计表壳温度TO转化为加速度计内部实际温度TI,再利用TI对加速度计的实际输出进行温度补偿。