10^(-6)量级精密离心机输出加速度测量模型及不确定度评定

为了给高精度惯性仪表校准试验提供高精准的加速度输入值,研究了精密离心机输出加速度的建模、测量及不确定度评定方法。建立了适用于10-6量级高精度精密离心机的加速度测量模型及不确定度传递模型。基于本课题组提出的高精度测量方法,完成了10-6量级精密离心机的静动态半径、静动态俯仰失准角等重要分量的高精度测量。分析、归纳了测量不确定度源,分别基于建立的加速度测量不确定度传递模型和蒙特卡洛方法完成了该精密离心机输出加速度的测量不确定度评定。最后,讨论和总结了高精度精密离心机输出加速度建模和精度评定的相关问题。结果表明:该精密离心机对1g^100g输出加速度的相对标准不确定度均小于3×10-6,其精度与目前国际上公开的最高精度离心机处于同一数量级;建立的测量模型及测量不确定度评定方法可以为相关精度等级的精密离心机研制和评价提供参考。

精密离心机加速度载荷模型研究

分析地球自转及地球引力对精密离心机上加速度计实际承受载荷的影响,得到加速度载荷中的地球自转修正量和地球引力修正量。在此基础上,将静止状态下被测加速度计工作轴向为本地重力加速度方向时的输出值作为基准值,调整转台转速使得旋转状态下加速度计输出值等于基准值,然后用修正的加速度载荷公式计算此状态下的工作半径,并将其作为半径基准对其他旋转状态下的动态工作半径进行测量,进而获得一个与静态工作半径和方位失准角无关的加速度载荷模型。该模型可消除由于加速度计质心位置无法精确定位所带来的静态工作半径和方位失准角测量误差问题,有效提高精密离心机的加速度载荷给定精度。

陀螺效应对精密离心机加速度的影响研究

为了研究精密离心机主轴回转运动模式以提高其加速度精度,以转子刚体动力学为基础分析了精密离心机回转主轴的定点陀螺运动,建立了考虑公转效应的转盘测试点处的精密离心机加速度矢量模型;同时提出了针对精密离心机动态半径测量的内外基准测量法的加速度矢量模型及加速度误差矢量模型;根据给定参数计算并分析了考虑公转效应时的加速度绝对误差值在100g时为5.89 m/s2,相对误差为6‰;而通常精密离心机相对精度要求为10-5～10-6,此时主轴定点陀螺运动的公转不可忽略。

精密离心机主轴回转误差对加速度计输入精度的影响

介绍了用4个位移传感器法测试精密离心机主轴径向回转误差和倾角回转误差的方法,计算了主轴回转误差中一次谐波,它包括圆锥运动和一次谐振运动,对一次谐波如何影响精密离心机中的向心加速度及其在加速度计坐标系下的分配作了详细分析,同时对重力加速度分配的影响也作了详细的分析。最后得出了被测加速度计的输入加速度的平均值的补偿方法,进一步提高了加速度计的输入精度。通过对离心机主轴回转误差运动的检测和测试,定量分析了对加速度计输入精度的影响,有助于提高加速度计的标定精度。

基础振动对离心机平均向心加速度的影响分析

根据基础振动的特征,从刚体运动学的角度,分别建立了基础随机振动和正弦振动对精密离心机平均向心加速度影响的数学模型,进行了理论分析和数值仿真,提出了减小基础振动影响的方法,即通过时间平均可减小随机振动和正弦振动的影响。平均时间延长有利于减小基础振动引入的误差。当平均时间为离心机旋转周期的整数倍时,可部分消除由离心机旋转引起的与转速同频的正弦振动的影响;由于相位差的影响,与离心机转速同频的正弦振动会引入一个系统误差项,该项误差不能通过平均的方式减小,相应的补偿方法还应进一步研究。

大型精密离心机总精度与主轴电机波动力矩间的频域传递特性研究

本文以文献[1、2]为基础,得到了精密离心机总精度与主轴电机波动力矩间的频域传递关系,由此计算出由波动力矩引起的总精度的幅频和相频特性,从而全面了解在波动力矩的整个频带上总精度的变化情况。本文的方法和结果可用来估算波动力矩对离心机总精度的影响,并指导结构设计,以提高离心机抗波动力矩的能力。

精密线振动特性离心机的误差分析

精密线振动是实现高阶误差项测试的有效方法,误差分析则是保证其测试方案完善、测试精度提高的关键。在高精度加速度计测试中,微小的设备误差对测试结果的影响往往无法忽略,为进一步提高测试精度,需要对测试设备的误差进行分析。我们首先给出了具有精密线振动特性离心机的工作原理和输出特性;然后建立包含安装误差和设备误差的离心机模型,并根据动态加速度合成定理,采用矢量方法推导出离心机输出加速度表达式;最后分析了在加速度计坐标系下,双轴离心机产生正弦加速度时,每个非独立误差源对加速度计输入比力的影响,为解决精密线振动试验方案设计和误差补偿研究提供了理论参考。

精密离心机的现状与未来

精密离心机是用于惯性器件检定、校准和测试的高精度惯导测试设备。它通过主轴的高速旋转在仪器舱内产生加速度场,从而实现对惯性器件使用过程中加速度环境的模拟。精密离心机的主要技术指标就是它产生的加速度的范围和不确定度,目前,我国精密离心机正朝着更精确的加速度不确定度水平、大负载、多轴、温度试验等方向发展。