高精度单晶硅挠性摆式加速度计组件的工程化实现

针对单晶硅挠性摆式加速度计的高精度工程化应用需求,设计了加速度计组件及温控系统。针对大多数温控系统工作时的瞬时电流较大问题,设计了一种带抽头的加热片,将温控分为粗温控和精温控两个阶段,不同阶段采用不同的加热电阻。测试结果表明,设定目标温度为60℃,当外界环境温度从5℃到55℃变化时,温控系统到温时间小于15 min,控温精度小于±0.1℃,精温控时的最大电流为粗温控时的33.4%。连续15天通电实验表明,该组件的加速度计刻度系数K1稳定性小于10×10^(-6),偏值K0稳定性小于10μg,满足各类高精度、工程化的应用需求。

挠性摆式微硅加速度计的有限元分析

】微硅加速度计是近年来发展起来的新型器件，在结构设计阶段必须对其进行力学分析，以期对使用条件下的摆片位移、应力等作到心中有数。本文采用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行有限元分析，其中包括对未封装及封装后实体单元进行敏感轴位移、侧向位移、横向灵敏度、受力情况等分析。分析结果表明所设计的微硅加速度计符合仪表性能要求。

悬丝摆式加速度计摆组件自动装配系统

摆组件是微型悬丝摆式加速度计的核心部分,其装配精度直接影响加速度计的测量准确性。为此,开发了一台摆组件自动装配设备。设计了上下固定式和可拆装式工装夹具,摆组件通过可拆装夹具安装在对应的固定夹具上。由步进直线电机驱动穿丝夹钳实现悬丝相对于玻璃管的穿入,并由微力传感器控制张紧力。真空吸附装置集成于三维运动平台构成上装调模块,实现上工装拾取、搬运和定位。锁紧装置集成于电动转台构成下装调模块,实现下工装的固定与姿态调整。通过上下工装夹具的对齐及合体,实现最终装配。装配过程中借助反射棱镜,由单相机实现立体视觉测量功能。实验数据表明,装配位置精度小于15µm,平行度小于15µm,满足自动装配设备的稳定可靠、装配精度高等要求。

基于频域的挠性摆式加速度计表头参数辨识方法

鉴于挠性摆式加速度计表头频率特性的传统振动台测试方法存在低频和高频段的动态误差较大的缺点,给出了系统开路和闭合两种状态的电激励测试方法;在此基础上,针对挠性摆式加速度计表头参数的理论计算值和实际工作状态有一定的误差,研究并提出了基于频域的Levy法和山下法的表头参数辨识方法,并运用Householder变换解决了辨识过程中的病态问题。实验和辨识结果表明,电激励测试的方法更便于实验和在线动态测试,而且这种通过利用实测的频率特性来反推辨识表头参数的方法,有着很高的辨识精度和工程实用价值。

一种石英挠性摆式加速度计随机振动误差建模方法

提出一种将经验模态分解法、时间序列分析法与Kalman滤波相结合,对随机振动引起的石英挠性摆式加速度计误差进行建模的方法。针对随机振动引起的加速度计非平稳序列误差,通过经验模态分解法有效分离出误差序列中的非平稳成分,进一步采用时间序列分析法建立平稳序列的误差模型,并引入Kalman滤波算法对模型的预测误差进行最优估计。实现了对加速度计随机振动误差的精确建模,提高了随机振动环境下石英挠性摆式加速度计的测量精度。

挠性摆式加速度计频率特性的电激励测试方法及参数辨识

鉴于挠性摆式加速度计以往系统闭环频率特性的传统振动台测试法存在周期长、设备多等缺点,提出了基于扰动的电激励测试方法,在此基础上,给出了在回路闭合状态下,测试开环频率特性的方法,解决了以往开路状态测试时激励信号选择不当而造成对挠性杆的损伤问题;由于充油式挠性摆式加速度计表头参数的理论计算值和实际工作状态有一定的误差,研究并提出了基于频域的表头参数辨识方法,辨识结果表明,由于浮油的增质作用,导致充油后表头的挠性摆的等效转动惯量较充油前的干式加速度计的理论以及实测值有了很大的提高。

悬丝摆式加速度计摆组件不平衡量的检测与控制流程

通过对悬丝摆式加速度计摆组件在0°、180°位置的受力分析,获得摆组件不平衡量S与摆态失准角δ0之间的关系,结合悬丝摆式加速度计的结构,提出了减小摆组件不平衡量的三种方法,并分析每种方法的可行性及不利影响。通过计算0°位置的输出E0与δ0的关系,获得E0与S的线性关系,用可检测量E0代替难于检测量S,实现对摆组件不平衡量的间接检测。提出了以可检测、可控制量E0控制摆组件不平衡量S的方法和流程,用实验标定了E0与摆态失准角高低温下变化量△δ0G、△δ0D之间的关系,并确定了E0的控制参数最大值。经实践验证,E0的最大值控制合理,控制方法和流程可行,效果明显,可供其它加速度计借鉴应用。

石英挠性加速度计表头稳定性实验研究

高精度石英挠性加速度计对表头稳定性提出了较高的要求,而垂直敏感轴方向加速度对表头稳定性的影响容易被忽视。首先对表头中摆片组件在垂直敏感轴方向加速度作用下的动力学规律进行了研究;然后设计了基于开环阶跃实验的表头稳定性测试方法;搭建实验平台,在重力场中对摆片组件与重力加速度夹角为0°和180°的情况进行了实验。实验结果表明:摆片组件与重力加速度夹角为0°时,摆片摆动幅度小,石英挠性加速度计表头稳定性好。

挠性摆式微硅加速度计的模态分析

近年来，在很多应用中，对加速度计动态性能提出较高的要求，故在结构设计阶段必须对其进行动态力学分析，以期使摆片模态满足使用要求。有限元分析是分析复杂结构的一种较新的高精度的分析工具。本文利用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行模态分析。文中按照设计加速度计的尺寸给出仿真的振型图、各模态的谐振频率、加速度作用时模态参与因素、振动响应谱以及各模态产生的位移和应力比较等。得出该加速度计共有六种模态，而第一模态（工作模态）比其它模态作用强很多，是主要模态。

石英挠性摆式加速度计零位问题研究

本文针对石英挠性摆式加速度计在应用中的零位问题，试图通过从仪表的结构和伺服电路入手，进行了尽可能详细的分析和研究，以便为仪表的改进和完善提供理论依据。