三轴加速度计标定台的结构设计与研究

摘要

振动传感器是现代工业技术中不可缺少的重要元器件之一。用于同时测量空间三向加速度的三轴加速度计在惯性导航、地震监测和武器系统性能测试等领域应用越来越广泛。对于三轴加速度计的标定，国内外尚无统一的标准，大多采用单轴加速度计的标定方法依次对三轴加速度计的每个方向的灵敏度进行标定，这种方法耗时较长，难以得到反映各敏感轴之间耦合程度的交叉灵敏度。研究可对三轴加速度计三个轴同时激励并进行标定的标定系统，对于三轴传感器的研制、惯性导航和健康监测等相关行业技术的进步都具有重要的理论和实际意义。
　　本研究根据国内外关于加速度计标定的相关标准和主流厂家生产的三轴加速度计的性能参数，确定三轴加速度计标定台的设计目标。探讨了三轴加速度计标定台的实现方案;提出了基于气体静压支撑的解耦结构并确定了解耦结构的气垫类型。建立三轴加速度计标定台的实体模型，将其模型导入到Adams中;建立其虚拟样机模型，进行刚体动力学分析，验证了三轴加速度计标定台实现方案的可行性。为降低关键零件工作台的质量，减小标定过程中的激振力;分析工作台的结构灵敏度，确定各工作台主要结构尺寸对其质量、最大应力和最大应变的影响程度，然后对工作台进行结构优化设计。关键零件工作台在工作过程中始终承受三个方向的交变载荷。研究工作台的结构性能，分析其模态频率和疲劳寿命，避免在使用过程中出现疲劳破坏和共振。三轴加速度计标定台的解耦精度由激励解耦精度和装卡精度两部分组成，分别建立其激励解耦精度和装卡精度的角度尺寸链关系图，写出各角度尺寸链的函数方程式，由此得到各零部件形位公差与解耦精度之间的关系;根据相关标准确定解耦精度的要求，以此确定各零部件的形位公差;计算了按5级精度进行加工制造时所能达到的解耦精度。通过三轴加速度计标定台的结构设计与研究，探讨了三轴加速度计标定台的实现方案，刚体动力学仿真验证表明了实现方案的可行性;通过结构优化设计减轻了工作台的质量，使标定时所需激振力有所减小;得到了各零部件形位公差和三轴加速度计标定台解耦精度之间的函数关系，明确了5级加工制造精度时所能达到的解耦精度;确定了零件工作台寿命期内不会出现疲劳破坏和共振。上述设计与研究的结果为三轴加速度计标定台的后续物理样机的制作与调试、误差的建模与补偿奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外相关课题的研究现状

1．2．1 关于加速度计标定的国内外研究动态

1．2．2 关于同时标定三轴加速度计三个轴的国内外研究动态

1．3 课题研究内容和工作安排

第二章 三轴加速度计标定台的实现方案

2．1 确定三轴加速度计标定台的设计目标

2．2 三轴加速度计标定台的实现方案

2．2．1 选择激振器型号

2．2．2 三轴加速度计标定台的解耦结构

2．3 三轴加速度计标定台的实现方案的验证

2．3．1 建立三轴加速度计标定台的刚体系统模型

2．3．2 仿真计算与结果分析

本章小结

第三章 基于结构灵敏度分析的工作台优化设计

3．1 结构灵敏度分析和优化设计概述

3．2 工作台的应力和应变分析

3．3 工作台的结构灵敏度分析与优化设计

3．4 校核计算优化设计的结果

本章小结

第四章 关键零件工作台的结构特性分析

4．1 工作台结构的模态分析

4．2 工作台结构的疲劳寿命分析

4．2．1 疲劳寿命的分析方法和流程

4．2．2 获取工作台的载荷应力分布和载荷谱

4．2．3 工作台材料的S-N曲线

4．2．4 疲劳寿命分析

本章小结

第五章 三轴加速度计标定台的精度设计

5．1 尺寸链原理的基本概念和计算方法

5．1．1 尺寸链原理所表示的基本关系

5．1．2 尺寸链原理的基本计算方法

5．2 激励解耦精度的设计计算

5．2．1 建立尺寸链函数关系表达式

5．2．2 计算各组成环的公差

5．2．3 验算激励解耦精度

5．3 被标定三轴加速度计装卡精度计算

5．3．1 建立尺寸链函数关系表达式

5．3．2 计算各组成环的公差

5．3．3 验算装卡精度

本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

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