石英振梁加速度计性能标定及误差补偿技术研究

摘要

石英振梁加速度计基于石英晶体的力频特性，可以直接输出数字频率信号，其频率的变化量反映了输入加速度的大小。由于没有模数转换带来的增量误差，并能与高速数字导航系统兼容，在体积、重量、功耗、成本上具有非常显著的优势。石英振梁加速度计在国外已经得到广泛的应用，国内很多单位也开展了相关研究。由于研究应用的时间不长，对仪表自身特性尚不明确，国内石英振梁加速度计的性能标定方法基本借鉴石英挠性加速度计的方法，在离心机测试、仪表温度补偿等方面还没有较深入的研究，没有形成固定的方法。
　　本文针对石英振梁加速度计研制和工程应用，以其性能标定和误差补偿技术为目标，对石英振梁加速度计的测试设备、重力场测试、离心机测试及温度补偿技术进行研究，并完成相关验证试验，实现对石英振梁加速度计产品的性能评估，为仪表研制提供数据依据。本文的主要工作内容包括：
　　一、建立石英振梁加速度计的等效模型，将上下谐振梁、以及挠性支撑等效为弹性杆件，质量块等效为刚体，对该结构进行静力学分析，得到加速度输入到仪表输出的数学模型，并推导仪表偏值和标度因数的计算公式。从理论上解释仪表偏值和标度因数的影响因素，为后续工作提供参考依据。
　　二、搭建石英振梁加速度计测试设备，依据石英振梁加速度计的工作原理及测试需求依次分析分度头、测试台、测频仪等测试设备的选型依据，特别是针对仪表频率输出信号的测试方式进行分析和总结，为石英振梁加速度计的性能标定及误差补偿技术研究奠定基础条件。
　　三、设计石英振梁加速度计在重力场及高g环境下的测试方法，并且验证测试方法的有效性。为后续研制过程中石英振梁加速度计的性能标定确定依据。为简化离心机测试流程，对比不同方案，提出简单可行的离心机有效半径标定方法。希望通过相关测试数据，评估石英振梁加速度计的现有性能，为后续仪表研制工作提供参考依据。
　　四、确定石英振梁加速度计温度模型，针对新型石英振梁加速度计全温应用工作条件，进行温度特性及补偿研究。补偿后，有效提升仪表全温范围性能水平。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 石英振梁加速度计国内外研究现状

1.3 石英振梁加速度计测试技术国内外研究现状

1.4 论文主要工作内容

第2章 石英振梁加速度计原理及测试设备研究

2.1 工作原理

2.2 等效建模

2.3 测试系统研究

2.4 本章小结

第3章 石英振梁加速度计重力场标定及高g标定技术

3.1 数学模型

3.2 重力场标定方法

3.3 高g标定方法

3.4 本章小结

第4章 温度模型建立与温度补偿技术

4.1 石英谐振梁温度特性分析

4.2 石英振梁加速度计温度模型

4.3 石英振梁加速度计温度模型辨识方法

4.4 验证情况

4.5 本章小结

结论

参考文献

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