用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，建立温度模型P(x)，并通过温度重复性实验标定该模型；建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，并通过稳定性实验标定该模型；最终获得石英振梁加速度计的补偿模型，对该石英振梁加速度计测量获得的频率值进行补偿。使用该补偿方法可以对高精度石英振梁加速度计由温度带来的频率输出误差进行补偿，得到更为精确的频率输出，提高仪表的性能指标，满足全温域下仪表正常工作，并保持较高精度。

A Method for Output Error Compensation of Quartz Vibrating Beam Accelerometer

The invention relates to a method for compensating the output error of a quartz vibrating beam accelerometer, which establishes a temperature model P(x) and calibrates the model through temperature repeatability experiments; establishes a temperature drift model Q(Ti,t) and calibrates the model through stability experiments; finally obtains a compensation model of a quartz vibrating beam accelerometer, and advances the frequency value obtained from the measurement of the quartz vibrating beam accelerometer. Line compensation. This compensation method can compensate the frequency output error caused by temperature of high precision quartz vibrating beam accelerometer, get more accurate frequency output, improve the performance index of the instrument, meet the normal operation of the instrument in the whole temperature range, and maintain high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法
本专利技术涉及一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，属于石英振梁加速度计

技术介绍
石英振梁加速度计，简称QVBA(QuartzVibratingBeamAccelerometer)，是一款新型数字式输出加速度计，输出为数字量频率。同目前国内同等主流加速度计相比，优点是数字式输出，成本低，理论精度高，其优势来源于核心部件-石英谐振梁。石英谐振梁工作原理决定了数字式输出的特点；采用MEMS制造工艺，可实现大批量生产，降低了成本；采用双梁差分结构，有效的抑制了非线性，提高了仪表输出精度。随着石英振梁加速度计的理论不断完善，技术逐渐成熟，对其技术性能指标要求也越来越高，仪表测试和实验设计成了十分重要的工作。石英谐振器的材料是石英晶体，拥有优秀的动态品质是这种材料的最大特色，它的自振频率范围很广，最小到0.1Hz，最大可以达到兆赫的级别，并且它的稳定性很优秀，长期重复性好。这种材料对温度也十分敏感，在不同的温度下自振频率会有所不同，也是基于这种特性，有了对石英振梁加速度计温度特性的研究。随着科技的进步，加速度计的应用领域越来越广，使用环境也越来越复杂，对其自身性能要求也越来越高，尤其在军用领域，提出了武器装备在各种温度环境下甚至极端条件下使用的要求。处于这种考虑，本领域亟待建立一种全新石英振梁加速度计的输出补偿方法，能够在各种温度条件下保证仪表的输出精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，设计实验获得仪表的实验数据，建立了温度-频率模型，输出温时漂移模型；得到了石英振梁加速度计补偿后的输出，给出了补偿后性能指标计算公式，极大地减弱了温度对仪表输出产生的影响，提高了仪表的性能指标。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现：提供一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，包括如下步骤：(1)对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1,2,3,…,n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n为温度点数；(2)建立温度模型P(x)，根据给定的试验数据点(xi，yi)，确定温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK；(3)建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，其中Ti表示第i个频率值Fi对应的温度，t表示实验时间；(4)对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取一组数据点(Fi，Ti，t)，确定输出温时漂移模型；(5)获得石英振梁加速度计的补偿模型α＝1000*(max(Fi)-min(Fi))f测为采用石英振梁加速度计测量获得的频率值；(6)采用石英振梁加速度计的补偿模型对该石英振梁加速度计测量获得的频率值进行补偿。提供另一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，包括如下步骤：(1)建立温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK；(2)对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1,2,3,…,n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n为温度点数；根据给定的试验数据点(xi，yi)，确定所述温度模型；(3)建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，其中Ti表示第i个频率值Fi对应的温度，t表示实验时间；(4)对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取一组数据点(Fi，Ti，t)，确定输出温时漂移模型；(5)获得石英振梁加速度计的补偿模型：α＝1000*(max(Fi)-min(Fi))f测为采用石英振梁加速度计测量获得的频率值；θ为在各个温度点下石英振梁加速度计稳定性最好时对应的温度点。(6)采用石英振梁加速度计的补偿模型对该石英振梁加速度计测量获得的频率值进行补偿。优选的，对石英振梁加速度计进行温度重复性实验的方法为：在-40℃～+60℃温度范围内，从-40℃开始，每升高10℃进行多次标定测试，获得多组数据点(xi，yi)，并计算重复性，直到到达最高温度。优选的，计算重复性的方法为对石英振梁加速度计进行四位置翻滚测试，分别获得0°、90°、180°、270°位置下输出频率值。优选的，对石英振梁加速度计进行稳定性实验的方法为：将石英振梁加速度计通过温箱加热到55℃，保温一个小时后，进行稳定性测试。优选的，温箱满足8小时内温度偏差不超过0.01℃。优选的，所述K取5。优选的，所述θ取10。优选的，石英振梁加速度计补偿后的偏值K′0和补偿后的度因数K′1为：其中F0、F90、F180、F270分别为石英振梁加速度计处于0°、90°、180°、270°位置下的输出补偿后的频率值。优选的，石英振梁加速度计补偿后的二次项系数K′2为：本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术的石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，能够适用于石英振梁加速度计，由于石英加速度计输入输出模型的相似性，本专利技术的补偿方法能够广泛适用于各类石英加速度计，适用范围广，具有一定的可推广价值。(2)本专利技术的补偿方法同时考虑了通电时温度快速变化与仪表随机漂移对仪表输出的影响，使得仪表在稳定性提高。(3)本专利技术补偿方法在仪表重复性方面表现优异，削弱了温度滞环现象对仪表输出精度的影响。附图说明图1为本专利技术用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法示意图。具体实施方式石英振梁加速度计采用双梁差分结构，可以有效抑制非线性，具有优秀的线性特性。石英振梁加速度计的输入输出模型方程为：f＝f0+K1A+K1K2A2＝K1(K0+A+K2A2)本专利技术的技术解决方案：用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法包括下列步骤：1、对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1,2,3,…,n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n通常取55。石英振梁加速度计可正常工作于-40℃至60℃，该项实验主要用于研究仪表温度特性。实验设计如下：在-40℃～+60℃温度范围内，从-40℃开始，每升高10℃进行5次标定测试，并计算重复性(1σ)，取11个温度点的K0，K1重复性的最大值为温度重复性指标。设计-40-60℃下仪表顺逆八位置测试翻滚实验：要求在每隔10℃共计11个温度点下进行测试，每个温度点顺逆八位置翻滚5遍，每次间隔15分钟，得到各温度点下重复性数据。2、确定温度模型P(x)，根据给定的试验数据点(xi，yi)，可以构造K阶多项式，对多项式进行拟合，获得温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK以五阶为例，P(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5拟合原则是使误差I最小，由极值条件可得：j＝0,1,…,5；k＝0,1,…,5通过计算得出系数是下面线性方程组的解：其中3、建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，其中Ti表示第i个频率值Fi对应的温度，t表示实验时间；该模型分为两部分，一部分输出产生误差的主要因素由刚通电时温度快速变化引起，持续时间t一般取16分钟；另一部分输出产生误差由仪表输出随机漂移引起，但呈现出一定的规律性。4、对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取一组数据点(Fi，Ti，t)，对输出温时漂移模型的多项式进行拟合。以五阶为例，通过拟合获得多项式系数b0～b5，确定输出温时漂移模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1，2，3，...，n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n为温度点数；(2)建立温度模型P(x)，根据给定的试验数据点(xi，yi)，确定温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK；(3)建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，

【技术特征摘要】
1.一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1，2，3，...，n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n为温度点数；(2)建立温度模型P(x)，根据给定的试验数据点(xi，yi)，确定温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK；(3)建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，其中Ti表示第i个频率值Fi对应的温度，t表示实验时间；(4)对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取一组数据点(Fi，Ti，t)，确定输出温时漂移模型；(5)获得石英振梁加速度计的补偿模型α＝1000*(max(Fi)-min(Fi))f测为采用石英振梁加速度计测量获得的频率值；(6)采用石英振梁加速度计的补偿模型对该石英振梁加速度计测量获得的频率值进行补偿。2.一种用于石英振梁加速度计输出误差补偿的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立温度模型P(x)＝a0+a1x+…+aKxK；(2)对石英振梁加速度计进行温度重复性实验，获取K组数据点(xi，yi)，i表温度点，i＝1，2，3，...，n，xi表示第i个温度点，yi第i个温度点对应的频率值，n为温度点数；根据给定的试验数据点(xi，yi)，确定所述温度模型；(3)建立输出温时漂移模型Q(Ti，t)，其中Ti表示第i个频率值Fi对应的温度，t表示实验时间；(4)对石英振梁加速度计进行稳定性实验，获取一组数据点(Fi，Ti，t)，确定输出温时漂移模型；(5)获得石英振梁加速度计的补偿模型：α＝1000*(max(Fi)-min(Fi))f测为采用石英振梁加速度计测量获得的频率值；θ为在各个温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙嵩，王竞远，毕小伟，王晓东，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11