两位置法快速测定近钻头惯性测量模块的温漂模型

近钻头惯性测量模块(Near-bit Inertial Measurement,NIM)用于石油钻井中实时测量导向外套的姿态角,是导向钻进闭环控制中的重要组成部分。它采用三轴加速度计组合测量重力加速度实现姿态角测量。为了提高加速度计在工作温度范围内的测量精度,需对其进行温漂模型标定。针对三轴加速度计组合的传统12位置翻滚温度模型测定方法存在耗时长、操作效率低的局限性,提出一种新的加速度计三轴组合温度模型标定方法——两位置法,并通过实验验证了温度补偿的效果。在10℃~150℃的温度范围内,补偿后加速度的测量精度达5×10^(-4)g,完全满足NIM测量姿态角的要求。

闭环点位置对静电悬浮加速度计性能影响研究

为研究差动电容式静电悬浮加速度计非线性、零偏、标度因数、噪声以及量程与闭环点位置的关系,推导了闭环点位置与上述参数关系的数学模型,分析了闭环点偏移来源。通过仿真和实验对比了闭环点调节前后系统非线性、零偏和量程,通过实验研究了闭环点位置波动对系统噪声的影响。仿真和实验结果表明,将敏感质量闭环点位置调节在机械零点附近可以降低系统非线性、零偏和系统噪声,并能提高理论量程。

基于等效变预载法的静电加速度计闭环零点调节

闭环零点位置对差动电容式静电加速度计性能具有重要影响,闭环零点偏离机械零点会增大标度因子非线性。为精确调节闭环零点,提出了一种等效变预载闭环零点调节方法,能够在预载和反馈电压不对称情况下实现闭环零点位置的精确辨识和调节。利用静电加速度计原理样机测试了闭环零点调节前后的系统非线性特性,实验结果表明采用上述方法进行闭环零点调节后,表征标度因子非线性的二次项系数由-1.7×10-7降低为-3.3×10-8,验证了上述方法的有效性。

一种电容式微加速度计标度因数温漂抑制方法

电容式硅微机械加速度计作为一种惯性传感器件广泛运用于导航系统,但其温度特性较差,制约其综合性能的提高。为进一步提高闭环电容式微机械加速度计的标度因数稳定性,针对标度因数的温度漂移问题,提出了一种标度因数温漂抑制方法。通过调节预载电压来抑制标度因数温度漂移,根据测温电路输出对预载电压进行调节。实验结果表明,在-30℃~60℃的温度范围内,加速度计的标度因数温度系数由补偿前的213.7′10^(-6)/℃降低至42.7′10^(-6)/℃。所提出的抑制方法使标度因数温度性能得以显著提高。

MEMS闭环加速度计温漂数字化处理

MEMS电容式加速度计受温度影响,敏感结构易产生结构参数及应力变化,电路易产生漂移,两者共同作用引起加速度计输出电压变化,使加速度的测量出现温漂误差及升、降温的温漂滞环误差。抑制温漂是提高加速度计性能的关键所在。在实验室现有MEMS加速度计敏感结构芯片及电路基础上,进行闭环后数字化补偿。实验证实,该方法能有效减小温漂误差,削减温漂滞环的幅值,改善加速度计的性能。