本发明专利技术公开的一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统及方法，属于惯性技术领域。本发明专利技术主要由测试平台、直流强磁场发生装置、磁场控制装置、高斯计、电源、电压表和电控旋转台组成。被测线加速度计与电控旋转台的旋转轴连接，整个旋转台放置在直流强磁场发生装置的中心区域；所述高斯计用于测量传感器受到的磁感应强度；直流强磁场发生装置与磁场控制装置相接以调节磁感应强度；加速度计输出经运算转换成等效的电压信号。本发明专利技术通过建立基于线加速度计的磁灵敏度耦合模型，通过在磁灵敏度校准系统下进行线加速度计磁灵敏度测试，将测试数据作为输入输出，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数精确校准。各项系数精确校准。各项系数精确校准。
【技术实现步骤摘要】
一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统及方法，属于惯性
技术介绍
[0002]随着工业发展，航空航天、武器装备行业应用中对传感器测量的精确度要求越来越高，磁场作为影响传感器精度的重要因素之一也越来越受到人们的关注。例如航空惯性导航系统非常复杂，工作环境比较恶劣，用于航空惯性导航测量的传感器主要是加速度传感器。当这些传感器工作在有磁场干扰环境下时，传感器受磁场影响使得其输出精度大大降低，对飞机的飞行存在重大的安全隐患。因此准确校准加速度传感器模型方程中的磁灵敏度系数是非常必要的。
[0003]目前压电传感器磁灵敏度的测试有两种方式:一是采用“磁场静止，传感器旋转”的方法，由于传感器本身就是振动的敏感器件，当传感器旋转时，它引起的无用信号往往比待测的信号大很多，使放大器一直处在过载堵塞状态，且测试时环境振动和导线移动引起的无用信号也和待测信号混在一起而无法分开，用这样的方法测试信噪比低且非常困难，对于许多传感器，用这种方法根本无法测试；二是采用“传感器静止，磁场旋转”的方法，这种方法只测量了传感器某个平面的磁灵敏度，不能全方位检测感器各个平面磁灵敏度，若其磁灵敏度最大值位于其它平面，将无法测得。
[0004]任峨松提出以螺管线圈作为磁场发生器，通过旋转传感器来查找最大的磁灵敏度。由于传感器本身就是振动元件，这种方法在测量过程中传感器会把传感器振动输出量误认为是磁灵敏度输出值而导致测量误差，且系统无法保证传感器在一个有效的均匀磁场内。朱目成等人解决了传感器磁灵敏度测量磁场的均匀性，通过旋转传感器来查找最大磁灵敏，但存在旋转传感器引起的振动噪声问题，也只能测量单个平面的传感器的磁灵敏度，不能测量传感器在空间内的其他平面的磁灵敏度值。国际标准ISO/5347
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1993《振动与冲击传感器的校准方法磁灵敏度测试》通过将传感器安置于均匀的磁场内，旋转传感器测量其磁灵敏度，也存在旋转传感器引起振动噪声问题。现有测量方法均存在着不同的缺陷，在测量过程中易受到其他信号干扰，导致测量结果误差较大，无法满足压电加速度传感器磁灵敏度精确测量的要求。
[0005]综上所述，本专利技术将以振动传感器磁灵敏度校准的预先研究为基础，以实现电磁炮等武器装备在强磁场环境下的线加速度计磁灵敏度校准技术需求为背景，针对线加速度计磁灵敏度校准中模型误差和辨识精度等问题，主要围绕线加速度计的磁灵敏度耦合模型以及磁灵敏度参数辨识展开深入的研究，解决相关工程技术问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术主要目的是提供一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统及方法，通过建立基于线加速度计的磁灵敏度耦合模型，通过在磁灵敏度校准系统下进行线加速度计磁灵
敏度测试，将所得测试数据作为输入输出，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数的精确校准。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008]本专利技术公开的一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统，主要由测试平台、磁场发生装置、磁场控制装置、高斯计(磁场测量仪)、电源、电压表和电控旋转台组成。被测线加速度计与电控旋转台的旋转轴连接，整个旋转台放置在磁场发生装置的中心区域；所述高斯计用于测量传感器受到的磁感应强度；磁场发生装置与磁场控制装置相接以调节磁感应强度；被测线加速度计的输出，经过运算放大器和AD/DA转换成等效的电压信号，经过数字万用表采集得到有效的真实电压值。
[0009]用亥姆霍兹线圈作为磁场发生装置，亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成。为了实现线加速度计磁灵敏度校准，根据毕奥
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萨伐尔定律对磁场空间的磁灵敏度分布进行分析，并建立基于线加速度计的磁灵敏度耦合模型，通过在磁灵敏度校准系统下进行线加速度计磁灵敏度测试，将所得测试数据作为输入输出，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数的精确校准。
[0010]本专利技术还公开一种用于线加速度计的磁灵敏度校准方法，基于所述一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统实现，所述一种用于线加速度计的磁灵敏度校准方法，包括如下步骤：
[0011](1)把待测线加速度计水平地安装在测试平台上；
[0012](2)设定测试磁场强度范围；设定磁场强度间隔；控制磁场发生装置按磁场强度间隔产生磁场；
[0013](3)数字电压表实时进行测量记录；
[0014](4)重复步骤(2)，直至最大测试磁场强度，得到一组测试平面的测量数据；
[0015](5)旋转被测线加速度计角度；
[0016](6)重复上述步骤步骤(1)至步骤(5)，得到一组新的测试平面的测量数据；
[0017](7)不断均匀改变被测线加速度计的角度，并逐一平面测量，直至线加速度计旋转360
°
。将测试数据作为线加速度计的输入输出数据。
[0018](8)结合步骤(7)得到的输入输出数据，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数的精确校准。
[0019]进一步地，根据线加速度计标准模型，建立线加速度计的磁灵敏度耦合模型。
[0020]首先，根据IEEE 836
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2009以及IEEE 1293
‑
1998，选定线加速度计模型如式(1)所示。
[0021][0022]其中，Y是线加速度计输出，K0是线加速度计零偏，K
i
是线加速度计标度因数，K
ii
是二阶非线性系数，K
iii
是三阶非线性系数，K
io
，K
ip
是交叉耦合系数，K
oo
，K
pp
是二阶交叉耦合非线性系数，ε为测量噪声，A
i
,A
o
,A
p
是输入加速度在线加速度计IA,OA,PA上的分量，单位是重力加速度，g。
[0023]然而上述的线加速度计模型并没有考虑磁场对线加速度计输出的影响，当有磁场干扰时会导致校准结果精度的降低。因此在原有的线加速度计模型上进行改进，建立如下线加速度计的耦合模型
[0024][0025]其中，K
m
是线加速度计磁灵敏度系数，K
mm
是线加速度计磁灵敏度二阶非线性系数，K
im
,K
om
,K
pm
是磁灵敏度与其他轴输入的交叉耦合系数，A
m
是磁场强度，单位T。
[0026]因此，采用线加速度计的磁灵敏度耦合模型引入磁灵敏度系数与其他系数的耦合项，能够充分反映磁场对线加速度计输出的影响，从而提高线加速度计的校准精度。
[0027]进一步地，基于测试所得数据作为输入输出数据，采用限定记忆最小二乘法对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统，其特征在于：主要由测试平台、磁场发生装置、磁场控制装置、高斯计、电源、电压表和电控旋转台组成；被测线加速度计与电控旋转台的旋转轴连接，整个旋转台放置在磁场发生装置的中心区域；所述高斯计用于测量传感器受到的磁感应强度；磁场发生装置与磁场控制装置相接以调节磁感应强度；被测线加速度计的输出，经过运算放大器和AD/DA转换成等效的电压信号，经过数字万用表采集得到有效的真实电压值。2.如权利要求1所述的一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统，其特征在于：用亥姆霍兹线圈作为磁场发生装置，亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成；为了实现线加速度计磁灵敏度校准，根据毕奥
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萨伐尔定律对磁场空间的磁灵敏度分布进行分析，并建立基于线加速度计的磁灵敏度耦合模型，通过在磁灵敏度校准系统下进行线加速度计磁灵敏度测试，将所得测试数据作为输入输出，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数的精确校准。3.一种用于线加速度计的磁灵敏度校准方法，基于如权利要求1或2所述的一种用于线加速度计的磁灵敏度校准系统实现，其特征在于：包括如下步骤，(1)把待测线加速度计水平地安装在测试平台上；(2)设定测试磁场强度范围；设定磁场强度间隔；控制磁场发生装置按磁场强度间隔产生磁场；(3)数字电压表实时进行测量记录；(4)重复步骤(2)，直至最大测试磁场强度，得到一组测试平面的测量数据；(5)旋转被测线加速度计角度；(6)重复上述步骤步骤(1)至步骤(5)，得到一组新的测试平面的测量数据；(7)不断均匀改变被测线加速度计的角度，并逐一平面测量，直至线加速度计旋转360
°
；将测试数据作为线加速度计的输入输出数据；(8)结合步骤(7)得到的输入输出数据，采用基于限定记忆的最小二乘法进行参数辨识，实现对线加速度计磁灵敏度及各项系数的精确校准。4.如权利要求3所述的一种用于线加速度计的磁灵敏度校准方法，其特征在于：根据线加速度计标准模型，建立线加速度计的磁灵敏度耦合模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：王敏林，董雪明，杜美林，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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