一种加速度计制造技术

本发明专利技术提供了一种加速度计，涉及惯性检测仪表技术领域，包括：激光干涉仪、表头和加速度解算模块；表头包括：壳体、质量块和弹性支撑件；质量块设置于壳体内部，质量块与壳体之间通过弹性支撑件连接；壳体用于与待测物体固定连接；激光干涉仪用于产生参考光和测量光；测量光经光纤传输至壳体内部，出射至质量块表面；质量块表面用于反射测量光，形成反射光；激光干涉仪还用于接收反射光，并使其与参考光发生干涉，形成干涉光；激光干涉仪还用于将干涉光转换为干涉信号，并将其发送给加速度解算模块进行解算，以获得待测物体的加速度值。本发明专利技术提供的技术方案，能够有效降低现有技术中存在的非线性误差，获得更加精确的加速度测量结果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种加速度计


[0001]本专利技术涉及惯性检测仪表
，特别地涉及一种加速度计。

技术介绍

[0002]加速度计广泛应用于惯性制导、机器人位姿测量、汽车惯性定位等场合。由于所测的加速度直接用于物体位置、姿态、速度等状态量的计算，其测量精度成为衡量加速度计技术水平最重要的指标之一。
[0003]现有的加速度计根据检测原理的不同，出现了基于应变片测弹性体应变、基于压电陶瓷测应力、基于电容原理测惯性质量位移、基于电磁感应原理测惯性质量位移等加速度测量方案，然而由于电阻热效应、压电传感器非线性、电容非线性、磁场非线性等特性，上述方案中均存在不可忽略的非线性误差，限制了加速度测量精度。
[0004]此外，加速度解算方案也直接影响测量结果。而现有的加速度解算精度依赖于加速度计中检测单元安装位置的精确程度，且加工、安装误差难以准确补偿。
[0005]以上缺陷均导致现有的加速度计的测量结果不够准确，无法满足目前对加速度计的测量精度要求。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提出了一种加速度计，能够有效降低现有技术中存在的非线性误差，获得更加精确的加速度测量结果。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]本专利技术实施例提供了一种加速度计，包括：激光干涉仪、表头和加速度解算模块；所述表头包括：壳体、质量块和弹性支撑件；所述质量块设置于所述壳体内部，所述质量块与所述壳体之间通过所述弹性支撑件连接；所述壳体用于与待测物体固定连接；所述激光干涉仪用于产生参考光和测量光；所述测量光经光纤传输至所述壳体内部，出射至所述质量块表面；所述质量块表面用于反射所述测量光，形成反射光；所述激光干涉仪还用于接收所述反射光，并使所述反射光与所述参考光发生干涉，形成干涉光；所述激光干涉仪还用于将所述干涉光转换为干涉信号，并将其发送给所述加速度解算模块；所述加速度解算模块用于对接收到的所述干涉信号进行解算，获得所述待测物体的加速度值。
[0009]优选地，当所述待测物体具有加速度时，所述质量块能够产生相对于所述壳体的六自由度位移；其中，所述六自由度包括：分别沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度，以及，分别绕X、Y、Z三个直角坐标轴的转动自由度。
[0010]优选地，所述弹性支撑件至少一个；所述质量块为正六面体形状；所述质量块的每个面通过与该面对应的所述弹性支撑件与所述壳体的内壁连接。
[0011]进一步地，所述质量块表面镀有激光反射膜。
[0012]优选地，所述激光干涉仪包括：激光源、干涉镜组和信号处理板；所述干涉镜组包括：偏振分光镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和反射镜；所述激光源产生的激光
经所述偏振分光镜分为所述参考光和所述测量光；所述参考光通过所述第一四分之一波片后，再经所述反射镜反射后沿原光路返回；所述测量光通过所述第二四分之一波片后，经第一准直器进入所述光纤，并由所述光纤传输至所述壳体内部，经第二准直器出射至所述质量块表面；所述反射光经所述第二准直器进入所述光纤，沿原光路返回；所述干涉光经第三准直器进入所述信号处理板，由所述信号处理板转换为所述干涉信号后发送给所述加速度解算模块。
[0013]优选地，当所述质量块为正六面体形状时，所述测量光经所述第二准直器至少出射至所述质量块两两相邻的三个面。
[0014]进一步地，所述干涉镜组有N个，其中，N>6；所述激光源产生的激光分别经N路光纤传输至每个所述干涉镜组，以形成N路所述干涉光；所述信号处理板还用于将所述N路所述干涉光转换为N路所述干涉信号后发送给所述加速度解算模块。
[0015]优选地，所述加速度解算模块采用以下方式对接收到的所述干涉信号进行解算，获得所述待测物体的加速度值：
[0016]将N路所述干涉信号代入光路模型方程组，获得第一方程组：
[0017][0018]其中，V
i
为第i路所述干涉信号，i＝1,2,3...,N；X为所述质量块相对于坐标原点的六自由度位移，其中，所述坐标原点为无加速度输入时所述质量块的质心所在的位置；P
i
为与第i路所述干涉信号对应的所述第二准直器的位置参数，由预先标定获得；ε
i
为第i路所述干涉信号的噪声信号；F
i
(
·
)为第i路光路模型函数，该函数的输出量为第i路所述测量光与第i路所述参考光的光程差；
[0019]采用最小二乘法对所述第一方程组进行求解，获得所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移；
[0020]计算所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移与预先标定的刚度矩阵的乘积，获得所述待测物体的加速度值。
[0021]优选地，所述采用最小二乘法对所述第一方程组进行求解，获得所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移，包括：
[0022]S1：将所述第一方程组改写为V＝F(X)+e；其中，V＝[V1,...,V
N
]T
，为N路所述干涉信号；F(
·
)＝[F1(
·
)，...，F
N
(
·
)]，为所述光路模型函数；e＝[ε1,ε2,...,ε
n
]，为N路所述干涉信号的噪声信号；X为所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移；
[0023]S2：利用预设的参数标称值计算变量X的迭代初值；
[0024]S3：选取最小化目标函数根据以下迭代公式对变量X进行迭代求解：
[0025]X
k+1
＝X
k
+[J
T
(X
k
)J(X
k
)]‑1J
T
(X
k
)[V
‑
F(X
k
)][0026]其中，为F(X
k
)的雅可比矩阵；
[0027]S4：给定误差预设值δ与最大迭代次数k
max
，若||X
k+1
‑
X
k
||≥δ且k<k
max
则回到S3继续迭代，否则结束迭代，得到接近真值的求解结果X
k+1
。
[0028]优选地，所述与第i路所述干涉信号对应的所述第二准直器的位置参数包括：该第二准直器的坐标，以及该第二准直器的出射激光方向向量；采用以下方式预先标定获得所述与第i路所述干涉信号对应的所述第二准直器的位置参数：
[0029]记录M次不同加速度输入时各路干涉信号的数值，将记录的各路干涉信号的数值代入所述光路模型方程组，获得如下第二方程组，其中，M>5N/(N
‑
6)；
[0030][0031][0032]…
[0033][0034]采用最小二乘法对所述第二方程组进行求解，获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速度计，其特征在于，包括：激光干涉仪、表头和加速度解算模块；所述表头包括：壳体、质量块和弹性支撑件；所述质量块设置于所述壳体内部，所述质量块与所述壳体之间通过所述弹性支撑件连接；所述壳体用于与待测物体固定连接；所述激光干涉仪用于产生参考光和测量光；所述测量光经光纤传输至所述壳体内部，出射至所述质量块表面；所述质量块表面用于反射所述测量光，形成反射光；所述激光干涉仪还用于接收所述反射光，并使所述反射光与所述参考光发生干涉，形成干涉光；所述激光干涉仪还用于将所述干涉光转换为干涉信号，并将其发送给所述加速度解算模块；所述加速度解算模块用于对接收到的所述干涉信号进行解算，获得所述待测物体的加速度值。2.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，当所述待测物体具有加速度时，所述质量块能够产生相对于所述壳体的六自由度位移；其中，所述六自由度包括：分别沿X、Y、Z三个直角坐标轴方向的移动自由度，以及，分别绕X、Y、Z三个直角坐标轴的转动自由度。3.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述弹性支撑件至少一个；所述质量块为正六面体形状；所述质量块的每个面通过与该面对应的所述弹性支撑件与所述壳体的内壁连接。4.根据权利要求1所述的加速度计，其特征在于，所述质量块表面镀有激光反射膜。5.根据权利要求2所述的加速度计，其特征在于，所述激光干涉仪包括：激光源、干涉镜组和信号处理板；所述干涉镜组包括：偏振分光镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和反射镜；所述激光源产生的激光经所述偏振分光镜分为所述参考光和所述测量光；所述参考光通过所述第一四分之一波片后，再经所述反射镜反射后沿原光路返回；所述测量光通过所述第二四分之一波片后，经第一准直器进入所述光纤，并由所述光纤传输至所述壳体内部，经第二准直器出射至所述质量块表面；所述反射光经所述第二准直器进入所述光纤，沿原光路返回；所述干涉光经第三准直器进入所述信号处理板，由所述信号处理板转换为所述干涉信号后发送给所述加速度解算模块。6.根据权利要求5所述的加速度计，其特征在于，当所述质量块为正六面体形状时，所述测量光经所述第二准直器至少出射至所述质量块两两相邻的三个面。7.根据权利要求5所述的加速度计，其特征在于，所述干涉镜组有N个，其中，N>6；所述激光源产生的激光分别经N路光纤传输至每个所述干涉镜组，以形成N路所述干涉光；所述信号处理板还用于将所述N路所述干涉光转换为N路所述干涉信号后发送给所述加速度解算模块。8.根据权利要求7所述的加速度计，其特征在于，所述加速度解算模块采用以下方式对接收到的所述干涉信号进行解算，获得所述待测物体的加速度值：将N路所述干涉信号代入光路模型方程组，获得第一方程组：其中，V
i
为第i路所述干涉信号，i＝1,2,3...,N；X为所述质量块相对于坐标原点的六自由度位移，其中，所述坐标原点为无加速度输入时所述质量块的质心所在的位置；P
i
为与第
i路所述干涉信号对应的所述第二准直器的位置参数，由预先标定获得；ε
i
为第i路所述干涉信号的噪声信号；F
i
(
·
)为第i路光路模型函数，该函数的输出量为第i路所述测量光与第i路所述参考光的光程差；采用最小二乘法对所述第一方程组进行求解，获得所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移；计算所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移与预先标定的刚度矩阵的乘积，获得所述待测物体的加速度值。9.根据权利要求8所述的加速度计，其特征在于，所述采用最小二乘法对所述第一方程组进行求解，获得所述质量块相对于所述坐标原点的六自由度位移，包括：S1：将所述第一方程组改写为V＝F(X)+e；其中，V＝[V1,...,V
N
]
T
，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：范玉娇，常密生，杨月舳，
申请(专利权)人：北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：