用离心法校准加速度计

　　本文介绍了几种标准加速度计的静态方法,并且说明离心机法的基本原理、误差分析、注意事项及可达到的准确度。

　　所谓静态校准加速度计,就是用模拟的惯性力作用在仪表敏感元件的惯性质量上,或者将已知量值的恒值加速度作用到仪表上的方法。对某些有惯性质量敏感元件的加速度计,常用两种方法校准。地球重力校准:将仪表敏感轴方向与地球重力场方向重合,再分别反转90°、180°角,便可得到-9.8～0～9.8m/s2的加速度输出信号。

　　负载法校准:即将重量为敏感元件的等效重量整数倍n的负荷按敏感轴方向加到敏感元件惯性中心上,可得到(n-1)倍的加速度信号输出。

　　第一种方法较精确,但使用范围很小,仅适合于少数加速度计;另外,不同区域的重力加速度的g值不相同,故产生区域误差。第二种方法虽然方便,但因确定敏感元件等效质量时误差较大,因而校准的系统误差也大。随着现代加速度计小型化和结构复杂化的发展,负载法已逐渐不适应了。为此采用离心法校好。

　　离心法是将被校加速度计固定在离心机的旋臂(或转盘)上,使加速度计的敏感轴与旋臂(或转盘)的径向重合,调整加速度计距转轴中心线的径向距离及旋臂的旋转角速度,可以得到所需要的向心加速度。被校加速度计上的向心加速度为

　　式中,W为旋臂旋转的角速度;η为转数/秒;T为旋转的周期;R为由旋轴中心到被校仪表敏感元件质量的惯性中心的径向距离。

　　向心加速度的方向指向旋轴中心线;惯性质量移动方向背向旋轴中心线。

　　根据误差理论和式(1),可得出测量向心加速度的相对误差为

　　在测定独立参数时,测定T的误差较小,低于0.1%,而测定R的误差可能很大,一是因为离心机的集流环在转盘中央,加速度计至真实转动中心线的径向距离很难精确测定;二是加速度计敏感元件的等效质量大小及其惯性中心位置很难准确知道。因此造成测量R的系统误差。对于长臂(R值大)的离心机,则测量R的相对误差较小,但对小转盘(R值小)的离心机,测量R的相对误差就很显著。

　　为了消除测量R的系统误差,可采用径向差值法。即采用相同的向心加速度对加速度计分别进行两次试验,每次试验所对应的角速度和由旋轴中心线至敏感元件惯性质量中心的径向距离均不相同。若两次试验所采用的角速度和径向距离分别为W1、W2和R1、R2,根据式(1)则得两次的向心加速度分别为

　　式中ΔR为第一次和第二次试验时被校加速度计沿径向位置的距离差;T1和T2分别为第一次和第二次试验时离心机旋臂的旋转周期。