一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法技术

本发明专利技术公开了高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，由于主要包括：利用牛顿迭代公式简化传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程，分度回转台测量重力分量数据输入量，测量电压数据输出量，确定输入量和输出量关系以及传递函数，数据处理；偏值校正和误差补偿；从而可以克服现有技术中一维石英挠性加速度传感器存在的误差及测量误差高的缺陷优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法
本专利技术涉及测量
，具体地，涉及一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法。
技术介绍
加速度传感器是惯性导航和惯性制导核心元件之一，其准确性对导航精度具有重要意义。特别对于加速度传感器采用安装方式（内置或外置）的差异性，也会对测量精度产生不同影响。克服现有一维石英挠性加速度传感器存在的误差及测量误差高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，以实现既满足航天系统领域中地面的微重力测量功能和性能指标要求，同时真实模拟在空间站在轨状态的标定参数。经对在轨数据分析后，其准确性真实可靠，为空间站相关实验的展开提供可靠地保障。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，主要包括：步骤1：利用牛顿迭代公式简化传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程；步骤2：测量重力分量数据输入量；步骤3：测量电压数据输出量；步骤4：确定输入量和输出量关系以及传递函数；步骤5：数据处理；步骤6：偏值校正和误差补偿。进一步地，步骤1具体为将传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程（1）利用不同组的标定参数代入加速度传感器模型公式采用牛顿迭代公式进行数值计算，利用该方程不断进行迭代，逐渐向最优值靠近，最终将系数误差控制在指定的范围内，迭代的过程中利用最小二乘法来求解系数,将公式（1）最终简化为，为标度因数（2）；（3）。进一步地，步骤2具体为，输入重力分量其中为重力加速度分量，为失准角,对标定测试分度回转台“调零”，通电后进行测试并作记录为a0,设置分度回转台从“0”角度旋转某一角度后，且系统稳定后，测量设备开始测试并记录重力分量a1,a2，……an，记录完成后再次设置分度回转台从测量范围最大角度反向旋转某一角度后，且系统稳定后，测量设备开始测试且进行记录an’…a1’，最后返回“0”角度位置a0。进一步地，将加速度测量数据通过数据处理软件解析后得到数据即电压值，在运行数据处理软件置标度参数为，偏值为，得到测量数据输出量。进一步地，步骤4具体为，由受测产品测量的电压值作为输出量，采用重力倾角法进行标定，利用该坐标方向输出与输入加速度之间的一组对应数据，进行线性拟合即可得到测量加速度与电压的对应线性函数关系，并求出标度因数G1和G2，以及偏值b1和b2，比较G1与G2的差值是否等于0，如果不是则重新执行步骤3，如果是则比较b1与b2的差值，如果有偏差，并求其偏值平均值b=1/2(b1+b2)，并对偏值进行修改，然后标定测试设备的安装角度带来的偏值b3，标定测试设备的水平最表于测试品台的夹角误差，采用三坐标测试偏值b4，对同角度测试数据不同旋转角度测量结果求差值，计算其安装面不平整度带来的偏值b5，对b3，b4和b5求和加入到拟合曲线b中。进一步地，步骤5具体为，将测试原始数据导入到微重力仪地面数据处理软件，进行数据解析，得到每个测点采集数据的统计平均值，去除动态干扰；导入到Origin软件中进行处理，利用Origin软件进行一阶线性拟合即最小二乘法，得到不同通道传感器在不同方向标定状态下的输入加速度与输出电压之间的关系方程及线性度，拟合关系方程形式为：对每一个通道进行标定数据线性拟合处理，地面测试时，按照受测产品坐标指天或指地状态不同应用不同公式；对于同一通道不同方向标度因数进行平均，偏值进行平均，得到最终待测通道的标定方程，作为在轨使用公式；利用处理后的数据进行各个误差项的解算并进行误差分析与误差补偿。进一步地，步骤6具体为，对安装残角进行测试，然后对测试数据绝对值加权平均计入偏值中，零偏值与测量指标比较做预估实际计算，传感器漂移指标为月综合误差50µg0，不计入偏值中，对误差补偿采用回归测试对标定函数进行修正。本专利技术各实施例的高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，由于主要包括：利用牛顿迭代公式简化传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程，分度回转台测量重力分量数据输入量，测量电压数据数据输出量，确定输入量和输出量关系以及传递函数，数据处理；偏值校正和误差补偿；从而可以克服现有技术中一维石英挠性加速度传感器存在的误差及测量误差高的缺陷优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为加速度测试系统组成原理图；图2为标定测试设备系统组成结构图；图3为+Z指天方向坐标示意图；图4为+Z指地方向坐标示意图；图5为标定测试具体实施图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本
技术实现思路
针对加速度传感器内置安装结构，通过对感知加速度信号、信号放大、模数转换、处理器数据运算及通过数据传输后，计算机获得加速度测量数据。最后对测量信号借助标定测量设备进行静态标定，其目的是提高测量数据的准确性。本专利技术用途是为测量空间微重力环境。加速度传感器类型采用石英扰性加速度传感器，该加速度传感器具有的特点是：采用电容式差分测量设计，测量频带范围广、测量精度高、分辨率高、动态范围大等特点，尤其适合于测量准稳态加速度和微小加速度信号。本专利技术可应用在空间微重力科学实验、卫星无拖曳控制、主动减振、卫星重力测量等科学实验卫星及空间站等领域。该标定方法由加速度测试系统和标定测试设备两部分组实现：1）加速度测试系统组成见附图1；2）标定测试设备组成结构见附图2。静态标定设计思路：1)简化模型方程：传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程为：（1）（1）式中，为X轴的偏值，为X轴的标度因数为X轴的实际加速度为X轴的二阶非线性系数,为X轴的三阶非线性系数,为X轴与Y轴的交叉耦合系数。为X轴与Z轴的交叉耦合系数且和为实际加速度交叉耦合效应是加速度传感器某个敏感轴的偏值因该轴向及与之正交方向同时受到加速度作用而发生轻微改变的现象，变化量与这两个加速度的乘积成正比，比例系数称为交叉耦合系数。对于两敏感轴之间的耦合通常采用重力八点法翻滚求出耦合系数，对360°角度范围内等角度取值，其角度对于该传感器处于饱和状态或处于频率共频整数倍，测量数据误差较大，耦合系数准确率较低。四点法的特点是标定加速度传感器的零偏和二阶非线性系数，具有测试时间短，数据处理简单的特点，常用于稳定性、重复性测试及其他标定中。但四点法有无法分离标度因数和三阶非线性系数的缺点，因此不能解出三阶非线性系数，也不能确定交叉耦合系数，在不计三阶非线性系数的条件下，四点法可以得到标度因数和输入轴失准角的近似值。准确地标定标度因数和输入轴失准角，并确定交叉轴耦合系数，需要采用八点法或更多点法试验，但带来的结果是测试过程复杂，由于每次安装夹具的重复性较差，系统级中每一状态的改变影响原有标定结果。有些采取不同组的标定参数代入加速度传感器模型公式采用牛顿迭代公式进行数值计算，利用该方程不断进行迭代，逐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用牛顿迭代公式简化传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程；步骤2：利用分度回转台测量重力分量数据输入量；步骤3：测量电压数据输出量；步骤4：确定输入量和输出量关系以及传递函数；步骤5：数据处理；步骤6：偏值校正。

【技术特征摘要】
1.一种高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用牛顿迭代公式简化传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程；步骤2：利用分度回转台测量重力分量数据输入量；步骤3：测量电压数据输出量；步骤4：确定输入量和输出量关系以及传递函数；步骤5：数据处理；步骤6：偏值校正。2.根据权利要求1所述的高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，步骤1具体为将传统的加速计在地面重力下测试时的模型方程（1）利用不同组的标定参数代入加速度传感器模型公式采用牛顿迭代公式进行数值计算，利用该方程不断进行迭代，逐渐向最优值靠近，最终将系数误差控制在指定的范围内，迭代的过程中利用最小二乘法来求解系数,将公式（1）最终简化为，为标度因数（2）；（3）。3.根据权利要求2所述的高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，步骤2具体为，输入重力分量，其中为重力加速度分量，为失准角,对标定测试分度回转台“调零”，通电后进行测试并作记录为a0,设置分度回转台从“0”角度旋转某一角度后，且系统稳定后，测量设备开始测试并记录重力分量a1,a2，……an，记录完成后再次设置分度回转台从测量范围最大角度反向旋转某一角度后，且系统稳定后，测量设备开始测试且进行记录an’…a1’，最后返回“0”角度位置a0。4.根据权利要求3所述的高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，步骤3具体为，将加速度测量数据通过数据处理软件解析后得到数据即电压值，在运行数据处理软件置标度参数为=1，偏值为，得到测量数据输出量。5.根据权利要求4所述的高精度、高分辨率石英扰性传感器的静态标定方法，其特征在于，步骤4具体为，由受测产品测量的电压值作为输出量，采用重力倾角法进行标定，利用该坐标方向输出与输入加速度之间的一组对应数据，进行线性拟合即可得到测量加速度与电压的对应线性函数关系，并求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李增科，雷军刚，李云鹏，胡向宇，张竞，刘泽，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62