一種超高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加速度計(jì)是慣性系統(tǒng)最關(guān)鍵的慣性元件之一，慣性系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于加速度計(jì)的精度，隨著慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，研發(fā)出綜合性能優(yōu)于10 5g的超高精度加速度計(jì)產(chǎn)品越來(lái)越迫切、組建對(duì)超高精度加速度計(jì)產(chǎn)品性能進(jìn)行批量精確測(cè)試及標(biāo)定的加速度計(jì)多通道性能測(cè)試系統(tǒng)越來(lái)越重要。
[0003]超高精度加速度計(jì)一般為閉環(huán)擺式加速度計(jì)，加速度計(jì)采用電流輸出方式，這使得輸出信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)，線損耗誤差小等優(yōu)點(diǎn)，但其標(biāo)度因數(shù)常僅在2mA/g以下，輸出的為一微弱電流信號(hào)且加速度計(jì)的輸出會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而變化，如何降低溫度對(duì)加速度計(jì)的影響、提高I/U轉(zhuǎn)換精確度、提高抗干擾能力、正確還原加速度計(jì)的實(shí)際信息防止實(shí)際信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中是組建測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)。常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)包括隔離地基1、自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)2、溫控箱及固定夾具3、I/U轉(zhuǎn)換器4、多通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
5、高精度數(shù)字電壓表6、AC/DC直流電源7、加速度計(jì)產(chǎn)品8，參見(jiàn)附圖1，隔離地基I和自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)2為加速度計(jì)9提供穩(wěn)定的角度信號(hào)，使加速度計(jì)9產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)Il -1n，該電流信號(hào)值與地球重力加速度成正比，每一個(gè)加速度計(jì)9的輸出端都連接在I/U轉(zhuǎn)換單元4上，經(jīng)I/U轉(zhuǎn)換生成的電壓信號(hào)Ul μ Un(其中Ul = Il*Rl，Un = In*Rn)連接在多通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5的輸入端，在計(jì)算機(jī)14對(duì)多通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5及高精度數(shù)字電壓表6的分時(shí)控制下，完成對(duì)加速度計(jì)9輸出信號(hào)Ul - Un的采集功能。可見(jiàn)電阻Rl w Rn是I/U轉(zhuǎn)換單元4的核心元件，電阻Rl - Rn的穩(wěn)定性和精確性直接決定了加速度計(jì)9的穩(wěn)定性和精確性等性能，由于Rl - Rn的阻值大小和溫度系數(shù)存在差異且裝配焊接后各自特性的變化量又會(huì)不同，常常出現(xiàn)同一只加速度計(jì)9在不同的測(cè)試通道測(cè)試時(shí)其性能指標(biāo)存在差異、無(wú)法對(duì)高精度加速度計(jì)進(jìn)行精確分析及精密標(biāo)定，同時(shí)由于Rl ^ Rn為高精度、低溫度系數(shù)的精密電阻，隨著Rl - Rn的增多會(huì)使成本增高；常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)中的Rl - Rn又常暴露在空氣中，由于試驗(yàn)場(chǎng)地溫度在不同的季節(jié)也存在較大的差別，就是按嚴(yán)格的加速度計(jì)試驗(yàn)規(guī)范(如GJB1037)規(guī)定的試驗(yàn)室試驗(yàn)條件15°Cw 35°C，試驗(yàn)場(chǎng)地溫度也會(huì)發(fā)生20°C的變化，目前Rl…Rn最好的溫度系數(shù)為lppm，則在不同的季節(jié)對(duì)高精度加速度計(jì)長(zhǎng)期重復(fù)性測(cè)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生20ppm的變化量；常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)中的加速度計(jì)共用一個(gè)AC/DC直流電源7，當(dāng)AC/DC直流電源7出現(xiàn)異常或某只加速度計(jì)內(nèi)部伺服線路出現(xiàn)短路等故障時(shí)，會(huì)使所有通道的加速度計(jì)試驗(yàn)失敗或產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)試數(shù)據(jù)，同時(shí)由于AC/DC直流電源7通過(guò)電氣接口及導(dǎo)線與加速度計(jì)9電源端相連接，當(dāng)連接導(dǎo)線距離較長(zhǎng)時(shí)，在加速度計(jì)9電源端會(huì)耦合干擾信號(hào)，常常會(huì)影響加速度計(jì)9的輸出穩(wěn)定性；常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)中的高精度電壓表6等精密設(shè)備直接使用的是試驗(yàn)室動(dòng)力電源AC，無(wú)抗干擾穩(wěn)壓裝置，當(dāng)試驗(yàn)室AC電源波動(dòng)時(shí)常使測(cè)試數(shù)據(jù)中出現(xiàn)尖峰、跳數(shù)等隨機(jī)誤差，造成對(duì)被試加速度計(jì)9性能的誤判；常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)中無(wú)自檢校準(zhǔn)裝置，不利于通過(guò)軟件補(bǔ)償法消除因電氣接口或多通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)觸電電阻變化等因素產(chǎn)生的階段性固有誤差；常用的高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)中由于未對(duì)溫控箱及固定夾具3中的溫度、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度、供電電壓等參數(shù)的綜合監(jiān)測(cè)，無(wú)法通過(guò)軟件補(bǔ)償法進(jìn)一步提高加速度計(jì)9的測(cè)試精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提出一種超高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)及方法，其可克服現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)中同一只加速度計(jì)在不同的測(cè)試通道測(cè)試時(shí)其性能指標(biāo)存在差異、加速度計(jì)長(zhǎng)期重復(fù)性性能測(cè)試誤差大、易受干擾、測(cè)試精度低等不足，還能消除測(cè)試系統(tǒng)階段性固有誤差、可通過(guò)軟件補(bǔ)償法進(jìn)一步提高加速度計(jì)的標(biāo)定精度，從而滿足綜合性能優(yōu)于10 5g的超高精度加速度計(jì)批量性能的測(cè)試需求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)及方法，包括隔離地基1、自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)2、信號(hào)采集器3、溫控箱及固定夾具4、多路I/U轉(zhuǎn)換器5、恒溫油槽6、單路I/U轉(zhuǎn)換器7、濾波器8、高精度數(shù)字電壓表9、順序控制器10、精密恒流源11、AV凈化穩(wěn)壓電源12、多路AC/DC直流電源13、計(jì)算機(jī)14、加速度計(jì)產(chǎn)品15，電源濾波器16，參見(jiàn)附圖2，隔離地基I和自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)2為加速度計(jì)15提供穩(wěn)定的角度信號(hào)，使加速度計(jì)15產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)Il ^ In，該電流信號(hào)值與地球重力加速度成正比，加速度計(jì)15的輸出端一路經(jīng)順序控制器10中的繼電器Zl-2 - Zn-2常閉開(kāi)關(guān)Kl_2 - Kn-2連接在多路I/U轉(zhuǎn)換單元5輸入端，在繼電器Zl-2 - Zn-2常閉開(kāi)關(guān)Kl-2 - Kn-2閉合的情況下，加速度計(jì)15處于正常閉環(huán)工作狀態(tài)；加速度計(jì)15的輸出端另一路經(jīng)順序控制器10中繼電器Zl-1 - Zn-1常開(kāi)開(kāi)關(guān)Kl-1 - Kn-1連接在單路I/U轉(zhuǎn)換單元7輸入端，在繼電器Zl-1 - Zn-1常開(kāi)開(kāi)關(guān)Kl-1 - Kn-1中之一閉合(如Kl-1閉合)而繼電器Zl-2 - Zn-2對(duì)應(yīng)的常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(如K1-2斷開(kāi))的情況下，電流信號(hào)Il w In中的一個(gè)信號(hào)(如II)經(jīng)單路I/U轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換生成一個(gè)電壓信號(hào)UO (其中UO = I1*RL或UO = In*RL)，該UO電壓信號(hào)經(jīng)濾波器8濾波后連接在高精度數(shù)字電壓表9的輸入端，在計(jì)算機(jī)14對(duì)高精度數(shù)字電壓表9的分時(shí)控制下，完成對(duì)加速度計(jì)15輸出信號(hào)Ul - Un的采集功能，單路I/U轉(zhuǎn)換器7中的精密電阻RL和濾波電容器CL浸沒(méi)在恒溫油槽6的絕緣油中，恒溫油槽6的恒溫精度優(yōu)于0.05°C，通過(guò)計(jì)算機(jī)14對(duì)順序控制器10中繼電器Zl-1 - Zn-1和Zl_2 - Zn-2的分時(shí)控制實(shí)現(xiàn)常開(kāi)開(kāi)關(guān)Kl-1 - Kn-1及常閉開(kāi)關(guān)Kl-2 - Kn-2的閉合/斷開(kāi)狀態(tài)控制；加速度計(jì)15采用多路線性直流穩(wěn)壓程控AC/DC直流電源13，每組DC直流電源(+V/-V)相互獨(dú)立，在加速度計(jì)15溫控箱及固定夾具4上安裝有電源濾波器16，用其消除或減小在加速度計(jì)15電源端耦合的干擾信號(hào)，AC/DC直流電源13各組DC直流電源輸出端(+V/-V)通過(guò)導(dǎo)線及電氣接口連接到電源濾波器16的輸入端，電源濾波器16采用RC無(wú)源濾波方式其輸出端通過(guò)導(dǎo)線及電氣接口連接到加速度計(jì)15的電源輸入端；精密恒流源11的電流輸出端與控制繼電器ZB的常開(kāi)開(kāi)關(guān)KB連接在單路I/U轉(zhuǎn)換單元7輸入端，在繼電器ZB常開(kāi)開(kāi)關(guān)KB閉合而繼電器Zl-1 - Zn-1的常開(kāi)開(kāi)關(guān)Kl-1 - Kn-1斷開(kāi)的情況下，精密恒流源11的輸出電流IB經(jīng)單路I/U轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換生成一個(gè)電壓信號(hào)UO (其中UO = IB*RL)，該UO電壓信號(hào)經(jīng)濾波器8濾波后連接在高精度數(shù)字電壓表9的輸入端UI，在計(jì)算機(jī)14對(duì)高精度數(shù)字電壓表9的分時(shí)控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)該UI電壓信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，UI電壓信號(hào)反映了單路I/U轉(zhuǎn)換器7的I/U轉(zhuǎn)換精準(zhǔn)度、濾波器8的濾波效果、高精度數(shù)字電壓表9采集誤差等環(huán)節(jié)總的誤差；濾波器8為兩級(jí)RC無(wú)源濾波器，濾波器8的輸入端通過(guò)導(dǎo)線及電氣接口連接在單路I/U轉(zhuǎn)換單元7輸出端，濾波器8的輸出端通過(guò)導(dǎo)線及電氣接口連接在高精度數(shù)字電壓表9的輸入端；AV凈化穩(wěn)壓電源12的輸入端與實(shí)驗(yàn)室AC電源相連接，AV凈化穩(wěn)壓電源12的輸出端(ui)分別連接到高精度數(shù)字電壓表9、精密恒流源11、多路AC/DC直流電源13、計(jì)算機(jī)14的AC電源輸入端；信號(hào)采集器3的輸入端通過(guò)導(dǎo)線及電氣接口分別與加速度計(jì)15的直流電源信號(hào)+Vl - +Vn,溫度傳感器Tl - Τη、實(shí)驗(yàn)室溫度傳感器Ts、溫控箱及固定夾具4中的溫度傳感器Tw、恒溫油槽6的溫度傳感器Ty相連接，信號(hào)采集器3的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)14通訊接口相連接。
[0006]超高精度加速度計(jì)批量性能測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)方法及工作步驟:將加速度計(jì)15依次安裝到溫控箱及固定夾具4上一開(kāi)啟AV凈化穩(wěn)壓電源12的電源開(kāi)關(guān)一依次開(kāi)啟精密恒流源11、多路AC/DC直流電源13、高精度數(shù)字電壓表9、恒溫油槽6、計(jì)算機(jī)14的交流開(kāi)關(guān)—延時(shí)3小時(shí)以上(目的使高精度數(shù)字電壓表9、精密恒流源11處于穩(wěn)定狀態(tài))一運(yùn)行計(jì)算機(jī)14的控制采集程序一計(jì)算機(jī)14控制信號(hào)采集器3對(duì)各加速度計(jì)15供電電源信號(hào)、溫度信號(hào)及實(shí)驗(yàn)室、溫控箱、恒溫油槽