三轴加速度计标定台的研究

摘要

在现代科学研究中，传感器具有重要的地位,几乎每一个现代化项目都离不开各式各样的传感器。
　　三轴加速度计的标定对加速度计的研究与开发具有重要的意义。现阶段对三轴加速度计的标定没有一个确切的标准。现阶段主要以单轴加速度计的标定方法来标定三轴加速度计，这种方法只能获得三轴加速度计单轴方向的灵敏度，三个轴之间的耦合灵敏度无法得到，并且该方法需要进行三次装卡，不仅耗时，而且每次安装都会存在安装误差。所以研究一种能同时标定三轴加速度计三个轴的试验台，具有重要的意义。
　　本文根据现阶段对三轴加速度计的生产标准，确定了标定台的设计要求；根据不同被测传感器与其横向灵敏度的关系，设计了两种不同的激振器安装方案：一种固定式安装底座，另一种可调式安装底座。根据现阶段的加工条件，发现当被测传感器的横向灵敏度大于其自身灵敏度2％时，固定式安装方法能够满足标定台的设计要求；当被测传感器的横向灵敏度小于其自身灵敏度2%时，可调节式安装底座，可使激振器的安装达到标定台的设计要求。
　　为了实现三轴标定台三个轴能同时振动，且不相互影响，根据气体静压支撑的方法，设计了一种基于平面空气轴承的机械解耦结构。通过Adams运动仿真，三个方向的运动相互独立，证明了结构的解耦性；通过Ansys对工作台进行应力和应变的分析，证明设计的合理性；通过模态分析的结果和标定台设计要求相比较，说明标定台在工作中不会出现共振。
　　为了减小机械解耦结构中的摩擦力，防止因疲劳受损而导致的损坏，将气体静压支撑的方法应用到机械解耦结构之中。通过分析不同的节流形式在气膜刚度和承载能力上的区别，选择了刚度大，压力分布均匀的多孔质节流形式。根据三轴标定台的设计要求，选择了一个适合本设计的平面空气轴承。
　　本文根据绝对标定法和比较标定法的基本原则,阐述了传感器静态标定和动态标定中，各参数的标定方法。由于加速计在标定过程中，存在安装误差和零偏的影响，需要建立关于三轴加速度计标定的误差模型。本文根据坐标转换的方法建立了一种误差模型，并利用最小二乘法得到了传感器的安装误差系数和灵敏度矩阵。
　　通过对三轴加速度计标定方法的研究，探讨了两种不同的设计方案，适用于不同标准的待测传感器；设计了一种基于平面空气轴承的机械解耦结构，并验证其合理性；根据不同空气轴承的气膜承载能力，选择了一个适合本设计的平面空气轴承；建立关于三轴加速度计标定的误差模型，得到了传感器的安装误差系数和灵敏度矩阵。上述研究成果，为三轴加速度计标定台的实验，奠定了理论基础。

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第一章 绪论

1.1课题研究目的与意义

1.2 国内外相关课题的研究现状

1.3关于三轴加速度计标定的综述

1.4课题研究内容和工作安排

第二章 三轴加速度计标定台的方案设计

2.1三轴标定台的设计要求与组成部分

2.2三轴加速度计标定台的方案设计

2.3激振器的型号选择

2.4本章小结

第三章 解耦结构的设计与分析

3.1机械解耦的目的与静压支撑的选择

3.2现阶段解耦结构的分析

3.3解耦结构的设计与分析

3.4工作台的有限元分析

3.5本章小结

第四章 解耦结构中气浮的设计与研究

4.1气体静压支撑中节流形式的选择

4.2空气轴承安装方式

4.3空气轴承型号选择与分析

4.4本章小结

第五章 三轴加速度计的标定方法与误差分析

5.1三轴加速度传感器的标定

5.2建立三轴加速度计误差模型

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和科研成果