專利名稱：加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加速度計的校準(zhǔn)，尤其涉及一種加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺。
技術(shù)背景
在加速度計的研制、生產(chǎn)和使用中，都需要對加速度計的動態(tài)性能進(jìn)行校準(zhǔn)。而加速度計在航天技術(shù)、人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制、水聲探測以及地震預(yù)報等領(lǐng)域的應(yīng)用中，需要對超低頻信號進(jìn)行檢測，檢測頻率已經(jīng)達(dá)到0. 001Hz，甚至更低。因此，對應(yīng)用于上述領(lǐng)域的加速度計的低頻性能進(jìn)行校準(zhǔn)成為必需。
目前對加速度計低頻性能的直接校準(zhǔn)通常采用振動臺校準(zhǔn)方法，利用振動臺產(chǎn)生正弦運動的激勵方式進(jìn)行標(biāo)定。首先由信號源產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，經(jīng)功率放大器放大后輸出到振動臺的動圈，使振動臺的臺面產(chǎn)生垂直或者水平方向的正弦振動，振動直接作用在加速度計上，通過輸入輸出信號的對比，確定加速度計的動態(tài)響應(yīng)特性。
現(xiàn)有的線加速度模擬轉(zhuǎn)臺對加速度計的靜態(tài)性能校準(zhǔn)已有較為全面的校準(zhǔn)能力； 在加速度計動態(tài)精度測試校準(zhǔn)方面，目前主要通過振動臺來實現(xiàn)動態(tài)校準(zhǔn)，但是振動臺輸出的幅值有限，不能滿足大g值下線加速度計動態(tài)校準(zhǔn)的需要。在航天技術(shù)、人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制、水聲探測、地震預(yù)報等方面對加速度計的超低頻信號進(jìn)行測試，檢測頻率已經(jīng)達(dá)到 0.001Hz，甚至更低?？梢?，無論是超低頻、還是大動態(tài)、寬頻帶等都是未來研究的重點。ISO 的TC108委員會推薦的絕對法低頻振動標(biāo)準(zhǔn)裝置，低頻校準(zhǔn)頻率為0. 5Hz，但對于電磁振動臺來說，能工作于0. 5 0. OlHz范圍內(nèi)的還很罕見。對于應(yīng)用在地震監(jiān)控中的加速度計的標(biāo)定，由于標(biāo)定信號必須覆蓋地震儀的整個頻帶，因而即使低頻端只延伸到幾百秒時，標(biāo)定信號也必須持續(xù)幾千秒才能保證標(biāo)定數(shù)據(jù)的處理精度，例如地震計JCZ-1，其加速度輸出范圍為360s DC，因而要求校準(zhǔn)平臺所能提供的加速度的動態(tài)周期范圍為直流至幾千秒，也就是頻率范圍需達(dá)到0. 00028Hz DC的范圍。
但是，加速度與振動頻率的平方、振動的幅值成正比，當(dāng)振動頻率較低時，施加在加速度計上的加速度將很小。為了改善信噪比，在超低頻條件下，往往需要輸出大位移，以提高信噪比。當(dāng)振動臺輸出大位移時，標(biāo)準(zhǔn)振動臺所產(chǎn)生的運動，實際上不可能是理想的正弦振動。這是由于彈性元件的非線性、磁路中磁感應(yīng)強度的不均勻性，將導(dǎo)致振動臺輸出波形發(fā)生嚴(yán)重的波形失真，波形失真會帶來如下問題當(dāng)振動過程中的波形具有波形畸變和毛刺時，會影響激光干涉儀的條紋計數(shù)，產(chǎn)生振幅測量的誤差；當(dāng)失真度大時，電壓測量的原理性誤差增大；失真意味著多頻的存在，不符合單頻諧波校準(zhǔn)原理。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，解決振動臺輸出波形諧波失真度大的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，它包括機械臺體，該機械臺體主要由穩(wěn)速臺、隨動臺組成，穩(wěn)速臺的工作臺面與地面平行，穩(wěn)速臺回轉(zhuǎn)軸垂直于地面，隨動臺安裝在穩(wěn)速臺的臺面上，加速度計安裝在隨動臺的臺面上，力口速度計的輸入軸平行于水平面。進(jìn)一步地，隨動臺為二個或者以上，對稱安裝在穩(wěn)速臺的圓形臺面上。優(yōu)選地，加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心的距離為民，穩(wěn)速臺旋轉(zhuǎn)中心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心之間的距離為R1，穩(wěn)速臺和隨動臺的角速率分別為Q1和ω2，在隨動臺臺面的加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度為a = co/l^cosCc^t+C^ + Cc^i (O2)2I^2式中Otl為初始相位，單位為rad。進(jìn)一步地，通過改變隨動臺的角速率ω2，可以改變施加在加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度的頻率，所述隨動臺的最低角速率ω2為0. 002° /s，動態(tài)加速度的頻率范圍可覆蓋5. 6 X 10_6 IOHz。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明基于線加速度模擬轉(zhuǎn)臺，由轉(zhuǎn)臺的穩(wěn)速臺的角速率和工作半徑確定施加在加速度計上的加速度幅值，轉(zhuǎn)臺的隨動臺確定加速度的頻率，通過控制隨動臺的低速率轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對加速度計的超低頻性能的校準(zhǔn)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于這些實施例，任何在本發(fā)明基本精神上的改進(jìn)或替代，仍屬于本發(fā)明權(quán)利要求書中所要求保護(hù)的范圍。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明的加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺包括機械臺體，該機械臺體主要由穩(wěn)速臺1、隨動臺2組成。穩(wěn)速臺1的工作臺面與地面平行，穩(wěn)速臺回轉(zhuǎn)軸3垂直于地面， 穩(wěn)速臺臺面上的隨動臺可以為二個或者以上，隨動臺對稱安裝在穩(wěn)速臺圓形臺面上。固定在隨動臺臺面的加速度計所受到的動態(tài)加速度的幅值由穩(wěn)速臺的角速率Q1和工作半徑?jīng)Q定，而動態(tài)加速度的頻率由隨動臺的角速率ω2決定，動態(tài)加速度的幅值與頻率是相互獨立的。因此，基于線加速度模擬轉(zhuǎn)臺，在保證隨動臺的低速角速率的精確度的條件下，通過改變隨動臺的角速率ω2，可以改變施加在加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度的頻率。加速度計安裝在隨動臺的臺面上，加速度計輸入軸平行于水平面。穩(wěn)速臺以角速率O1勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的離心加速度，加速度的大小由穩(wěn)速臺的角速率CO1和工作半徑 (穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)中心與固定在隨動臺面的加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心之間的距離)決定，力口速度的方向為穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)中心指向加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心的方向。隨動臺以角速率ω2勻速旋轉(zhuǎn)，隨動臺旋轉(zhuǎn)改變加速度計輸入軸的方向，因而，由穩(wěn)速臺勻速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的加速度與加速度計的輸入軸之間的夾角θ將隨隨動臺的旋轉(zhuǎn)而不斷變化，從而在加速度計輸入軸方向產(chǎn)生正弦加速度。在隨動臺臺面上安裝加速度計時，考慮到實際安裝時產(chǎn)生的誤差，加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心不一定能和隨動臺的旋轉(zhuǎn)中心重合，設(shè)加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心的距離為R2,穩(wěn)速臺旋轉(zhuǎn)中心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心之間的距離為隊，穩(wěn)速臺和隨動臺的旋轉(zhuǎn)速率分別為Q1和ω2，設(shè)穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)方向和隨動臺的旋轉(zhuǎn)方向相同，則施加在固定
4在隨動臺臺面的加速度計上的加速度的大小可表示為
a = ω12Κ1οο8(ω2 +Φ0) + (ω1+ω2)2Κ2(1)
式中CDci為初始相位，單位為rad。
當(dāng)穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)方向和隨動臺的旋轉(zhuǎn)方向相反，則施加在固定在隨動臺臺面的加速度計上的加速度的大小可表示為
a = ω12Κ1οο8(ω2 +Φ0) + (ω1-ω2)2Κ2(2)
綜合穩(wěn)速臺和隨動臺的旋轉(zhuǎn)方向相同和相反兩種情況，可得到固定在隨動臺臺面的加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度為
a = co/Rlcoj^c^t+Oj + Cc^i (O2)2K(3)
特別地，當(dāng)& = 0時，則有
B=CO12Rlcos(CO^O0)(4)
由以上所述可知，固定在隨動臺臺面的加速度計所受到的動態(tài)加速度的幅值由穩(wěn)速臺的角速率Q1和工作半徑?jīng)Q定，而動態(tài)加速度的頻率由隨動臺的角速率ω2決定，動態(tài)加速度的幅值與頻率是相互獨立的，因此，基于線加速度模擬轉(zhuǎn)臺，在保證隨動臺的低速角速率的精確度的條件下，通過改變隨動臺的角速率ω2，可以改變施加在加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度的頻率。
特別地，由于傳統(tǒng)的振動臺所產(chǎn)生的加速度的幅值和頻率是相關(guān)的，當(dāng)所施加的加速度為低頻或者超低頻的條件下，振動臺輸出的加速度的幅值將很小，信噪比很低。如果為了提高信噪比，增大振動臺的輸出位移，由于彈性元件的非線性、磁路中磁感應(yīng)強度的不均勻性，將導(dǎo)致振動臺輸出波形發(fā)生嚴(yán)重的波形失真。而由上述討論可知，基于線加速度模擬轉(zhuǎn)臺，可以方便地實現(xiàn)低頻、超低頻的動態(tài)加速度的輸出。目前隨動臺能達(dá)到的可控最低角速率為0. 002° /s，相當(dāng)于可以產(chǎn)生1. 8Χ IO5s的動態(tài)加速度周期，而加速度的幅值由穩(wěn)速臺的角速率Q1和工作半徑?jīng)Q定，可以按照需要設(shè)置動態(tài)加速度的幅值和超低頻頻率，實現(xiàn)對加速度計低頻、超低頻性能的校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)過程如下進(jìn)行加速度計的低頻性能校準(zhǔn)時，首先將加速度計固定在隨動臺圓形臺面上，固定了加速度計也就確定了穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)中心與固定在隨動臺面的加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心之間的距離，也就是確定了穩(wěn)速臺的工作半徑。然后根據(jù)所加速度計低頻性能校正規(guī)范所要求的加速度幅值，設(shè)定穩(wěn)速臺的旋轉(zhuǎn)角速率，以產(chǎn)生所需的加速度幅值。
根據(jù)校正要求，設(shè)定隨動臺的勻速旋轉(zhuǎn)角速率ω2，通過隨動臺旋轉(zhuǎn)改變加速度計輸入軸的方向，從而改變穩(wěn)速臺勻速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心加速度與加速度計的輸入軸之間的夾角θ，因而離心加速度在加速度計輸入軸方向的分量將隨隨動臺的旋轉(zhuǎn)而形成周期性變化。依照以上流程，可獲得校正規(guī)范所要求的超低頻加速度。另一方面，每個穩(wěn)速臺圓形臺面上所安裝的隨動臺的數(shù)量可以是2個或者以上，隨動臺對稱安裝在穩(wěn)速臺圓形臺面上。 通過對穩(wěn)速臺圓形臺面上不同隨動臺的角速率的單獨控制，可以實現(xiàn)在一個線加速度模擬轉(zhuǎn)臺上同時產(chǎn)生不少于兩個的低頻、超低頻加速度，實現(xiàn)對多個加速度計的超低頻性能的同時校準(zhǔn)。
本發(fā)明能實現(xiàn)對所輸出的動態(tài)加速度的幅值和頻率的單獨控制。特別地，相對于通過振動臺產(chǎn)生產(chǎn)生低頻、超低頻加速度時所存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案能夠通過對隨動臺的角速率的精確控制，產(chǎn)生低頻、超低頻的動態(tài)加速度，而動態(tài)加速度的幅值由穩(wěn)速度臺的轉(zhuǎn)速和工作半徑?jīng)Q定，不影響對加速度頻率的控制。本發(fā)明通過對隨動臺角速率ω2的精確控制，可實現(xiàn)最低角速率0.002° /s，動態(tài)加速度周期范圍可覆蓋0.1s 1.8 X 105s，也就是動態(tài)加速度的頻率范圍可覆蓋5.6 X 10_6 IOHz。完全可滿足目前對加速度的低頻、超低頻性能的校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，它包括機械臺體，其特征在于，所述機械臺體主要由穩(wěn)速臺、隨動臺組成，穩(wěn)速臺的工作臺面與地面平行，穩(wěn)速臺回轉(zhuǎn)軸垂直于地面，隨動臺安裝在穩(wěn)速臺的臺面上，加速度計安裝在隨動臺的臺面上，加速度計的輸入軸平行于水平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，其特征在于，所述隨動臺為二個或者以上，對稱安裝在穩(wěn)速臺的圓形臺面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，其特征在于，加速度計的檢測質(zhì)量質(zhì)心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心的距離為R2,穩(wěn)速臺旋轉(zhuǎn)中心與隨動臺旋轉(zhuǎn)中心之間的距離為 R1，穩(wěn)速臺和隨動臺的角速率分別為Q1和ω2，在隨動臺臺面的加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度為a = ω/R1COS (ω2 +Φ0) + ( ω (O2)2R2式中Φο為初始相位，單位為rad。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，其特征在于，通過改變隨動臺的角速率ω2，可以改變施加在加速度計檢測質(zhì)量質(zhì)心處的動態(tài)加速度的頻率，所述隨動臺的最低角速率02為0.002° /s，動態(tài)加速度的頻率范圍可覆蓋5.6Χ10_6 10Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加速度計低頻性能校準(zhǔn)平臺，它包括機械臺體，該機械臺體主要由穩(wěn)速臺、隨動臺組成，穩(wěn)速臺的工作臺面與地面平行，穩(wěn)速臺回轉(zhuǎn)軸垂直于地面，隨動臺安裝在穩(wěn)速臺的臺面上，加速度計安裝在隨動臺的臺面上，加速度計的輸入軸平行于水平面。本發(fā)明基于線加速度模擬轉(zhuǎn)臺，由轉(zhuǎn)臺的穩(wěn)速臺的角速率和工作半徑確定施加在加速度計上的加速度幅值，轉(zhuǎn)臺的隨動臺確定加速度的頻率，通過控制隨動臺的低速率轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對加速度計的超低頻性能的校準(zhǔn)。
文檔編號G01P21/00GK102539833SQ201110450888
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者黃欽文 申請人:工業(yè)和信息化部電子第五研究所