一种小量程加速度计高精度温度建模方法技术

一种小量程加速度计高精度温度建模方法，加速度计安装在具有精密温控的结构件上，I/F转换电路安装在底座上，而加速度计和I/F转换电路组成一路加速度测量通道，本发明专利技术针对全温范围内加速度的测量精度优于5

【技术实现步骤摘要】
一种小量程加速度计高精度温度建模方法


[0001]本专利技术涉及惯性仪表控制
，特别涉及小量程加速度计高精度温度建模方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的不断发展，航天器的稳定性、可靠性和使用寿命等要求越来越高。而惯性导航系统在航天器的姿态测量、定位/定向等导航技术中发挥着至关重要的作用，加速度计作为惯性导航系统中测量航天器相对于惯性空间的平移加速度，为实现航天器稳定在轨运行和精确交汇对接提供重要的测量信息，加速度计的测量精度对航天器的稳定运行有着非同小可的意义，而温度对加速度计的测量精度起着决定性的作用。
[0003]加速度计系统采用石英挠性加速度计+高精度I/F转换电路的方案，加速度计将视加速度信号转换为成比例的电流信号，高精度I/F转换电路将加速度计的电流信号转换为成比例的脉冲信号，以便信号处理与接口电路能够运算和处理。针对全温范围(
‑
10℃～45℃)内加速度计的测量精度优于5
×
10
‑5g0,测量范围为
‑
0.1g0～+0.1g0，测量精度高且要求全温范围内精度长期保持，同时加速度计的测量范围给温度建模带来了较大的困难，无法直接利用地面重力加速度对加速度计进行建模，因此现有技术利用传统的大理石平板对加速度计进行标定的方案也不适用，为使加速度计在全温范围内长期保持高精度测量性能，需要研究新的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小量程加速度计高精度温度建模方法，加速度计安装在具有精密温控的结构件上，I/F转换电路安装在底座上，而加速度计和I/F转换电路组成一路加速度测量通道，本专利技术针对全温范围内加速度的测量精度优于5
×
10
‑5g0的要求，提出了在组合级对加速度测量通道的零偏和标度因数均进行温度建模的方案。由于I/F转换电路没有零偏，需要关断温控电路对表头进行零偏建模，另外，在加速度计安装结构件进行精密温控的条件下，对标度因数进行建模，经过温度建模和补偿后，加速度计组件的测量精度得到明显改善，能够满足测量精度的要求。
[0005]本专利技术涉及的加速度计精度要求较高，而加速度计通道零偏主要受加速度计温度影响较大，而标度因数受I/F电路温度影响较大，因此分别进行温度建模。通常情况下，对加速度计的温度建模和对I/F的温度建模都是在单表级或单板级进行，但由于单表或单板温度建模时温度传感器粘贴方式、温度场等因素与组合上实际应用环境不完全一样，导致单表或单板级建模模型在组合上的应用效果不是很理想，因此在组合级对加速度计进行温度建模。
[0006]本专利技术涉及的加速度计量程只有
±
0.1g0，且三轴斜置，因此加速度计的温度建模在带温箱双轴转台上进行。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种小量程加速度计高精度温度建模方法，包括对加速度计通道的零偏和标度因数分别进行温度建模，具体步骤如下：
[0009]将小量程加速度计置于带温箱双轴转台上；
[0010]开启加速度计的温控后，对标度因数进行温度建模：采用梯度建模方法，双轴转台的温箱设置不同的温度并分别保温一段时间后，依次使小量程加速度计的三个加速度通道分别在第一预置角位置下进行测试，得到不同温度下加速度计正负通道脉冲数随温度变化数据，然后获得不同温度下的标度因数，进行三阶拟合得到标度因数温度模型；
[0011]关掉加速度计的温控后，对零偏进行温度建模：双轴转台温箱设置不同的温度并分别保温一段时间后，依次使小量程加速度计的三个加速度通道分别在第二预置角位置下进行测试，得到不同温度下正负通道脉冲数随温度变化数据；假设加速度通道标度因数不变，将不同温度下正负通道脉冲数与开启温控时某一温度下的正负通道脉冲数进行做差比较，然后进行三阶拟合，得到不同环境温度下的加速度通道零偏随加表组件温度变化的模型。
[0012]本专利技术一实施例中，对标度因数进行温度建模时，转台温箱的温度从高到低，再从低到高，每次间隔数度，保温数小时后进行角位置试验。
[0013]本专利技术一实施例中，对标度因数进行温度建模时，在温控开启、角位置不变状态下，加速度计输出电流I不变，则加速度通道标度因数不变，所以不同温度下加速度通道的输出N即反映了I/F电路的标度因数随温度变化的规律。
[0014]本专利技术一实施例中，对标度因数进行温度建模时，将不同温度下1个采样周期内加速度通道输出的脉冲数与常温标定时1个采样周期内加速度通道输出的脉冲数相除再乘以常温标定得到的标度因数，即可得到不同温度下的标度因数。
[0015]本专利技术一实施例中，对零偏进行温度建模时，转台温箱的温度从高到低，再从低到高，每次间隔数度，保温数小时后进行角位置试验。
[0016]本专利技术一实施例中，惯性导航装置上有三个加速度敏感轴，三轴之间成斜置正交关系，加速度计均匀分布于半锥角为54.7356
°
的圆锥体侧面，底面投影120
°
均匀分布。
[0017]一种小量程加速度计高精度温度建模方法，包括对加速度计通道的零偏和标度因数分别进行温度建模；具体步骤如下：
[0018]步骤1、利用带温箱双轴转台，在加速度计开启温控的前提下，对标度因数进行建模，设置不同的温度点，在每个温度点下分别选定加速度计敏感轴，并设定两个预设角位置进行建模试验，得到标度因数建模试验数据；
[0019]步骤2、对标度因数建模试验数据进行拟合，得到选定加速度计敏感轴的输出与I/F电路温度的三阶模型；
[0020]步骤3、将常温标定时的温度带入步骤2中的三阶模型，得到对应的拟合值；
[0021]步骤4、将步骤3中常温标定温度和拟合输出插入到步骤2中的建模试验数据中；
[0022]步骤5、计算步骤4中不同温度点下输出与常温标定拟合输出的比例，将该比例乘以常温标度因数，得到不同I/F电路温度下标度因数；
[0023]步骤6、将不同I/F电路温度下标度因数与I/F电路温度进行拟合，得到三阶标度因数温度建模模型；
[0024]步骤7、对加速度计的零位进行温度建模，建模时关闭加速度计温控，设置不同的
温度点，在每个温度点下分别选定加速度计敏感轴，并设定角位置使加速度计输入为0，进行建模试验，得到零偏建模试验数据；
[0025]步骤8、对零偏建模试验数据进行拟合，得到选定加速度计敏感轴的输出与加速度计温度的三阶模型；
[0026]步骤9、将常温标定时加速度计控温温度带入步骤9中的三阶模型，得到对应的零偏拟合值；
[0027]步骤10、计算步骤9中的零偏拟合值与常温标定时的零偏差值；
[0028]步骤11、将步骤10中的零偏差值补偿到步骤8中三阶模型的0次项系数中，得到补偿后的三阶零偏温度建模模型。
[0029]本专利技术一实施例中，所述对标度因数建模试验数据进行拟合的方法为：分别计算不同温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小量程加速度计高精度温度建模方法，其特征在于，包括对加速度计通道的零偏和标度因数分别进行温度建模，具体步骤如下：将小量程加速度计置于带温箱双轴转台上；开启加速度计的温控后，对标度因数进行温度建模：采用梯度建模方法，双轴转台的温箱设置不同的温度并分别保温一段时间后，依次使小量程加速度计的三个加速度通道分别在第一预置角位置下进行测试，得到不同温度下加速度计正负通道脉冲数随温度变化数据，然后获得不同温度下的标度因数，进行三阶拟合得到标度因数温度模型；关掉加速度计的温控后，对零偏进行温度建模：双轴转台温箱设置不同的温度并分别保温一段时间后，依次使小量程加速度计的三个加速度通道分别在第二预置角位置下进行测试，得到不同温度下正负通道脉冲数随温度变化数据；假设加速度通道标度因数不变，将不同温度下正负通道脉冲数与开启温控时某一温度下的正负通道脉冲数进行做差比较，然后进行三阶拟合，得到不同环境温度下的加速度通道零偏随加表组件温度变化的模型。2.根据权利要求1所述的温度建模方法，其特征在于，对标度因数进行温度建模时，转台温箱的温度从高到低，再从低到高，每次间隔数度，保温数小时后进行角位置试验。3.根据权利要求1所述的温度建模方法，其特征在于，对标度因数进行温度建模时，在温控开启、角位置不变状态下，加速度计输出电流I不变，则加速度通道标度因数不变，所以不同温度下加速度通道的输出N即反映了I/F电路的标度因数随温度变化的规律。4.根据权利要求1所述的温度建模方法，其特征在于，对标度因数进行温度建模时，将不同温度下1个采样周期内加速度通道输出的脉冲数与常温标定时1个采样周期内加速度通道输出的脉冲数相除再乘以常温标定得到的标度因数，即可得到不同温度下的标度因数。5.根据权利要求1所述的温度建模方法，其特征在于，对零偏进行温度建模时，转台温箱的温度从高到低，再从低到高，每次间隔数度，保温数小时后进行角位置试验。6.根据权利要求1至5中任一项所述的温度建模方法，其特征在于，惯性导航装置上有三个加速度敏感轴，三轴之间成斜置正交关系，加速度计均匀分布于半锥角为54.7356
°
的圆锥体侧面，底面投影120
°
均匀分布。7.一种小量程加速度计高精度温度建模方法，其特征在于，包括对加速度计通道的零偏和标度因数分别进行温度建模；具体步骤如下：步骤1、利用带温箱双轴转台，在加速度计开启温控的前提下，对标度因数进行建模，设置不同的温度点，在每个温度点下分别选定加速度计敏感轴，并设定两个预设角位置进行建模试验，得到标度因数建模试验数据；步骤2、对标度因数建模试验数据进行拟合，得到选定加速度计敏感轴的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文彦，孟祥涛，向政，黄磊，沈磊，吴立秋，王嘉铭，蔡晓佳，杨克成，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：