一种重力仪用高精度加速度计分辨率测试方法

摘要

本发明属于重力仪技术领域，具体涉及一种重力仪用高精度加速度计分辨率测试方法。本发明的方法仍利用分度头进行测试，但将常规测试中加速度计输入轴在水平附近进行测试改为了在铅垂线附近进行测试，大幅降低了加速度计输入轴重力加速度分量变化对于分度头转动角度的敏感程度，从而显著降低了分度头精度对于测试结果的影响。本发明解决了现有的加速度计分辨率测试方法难以满足海空重力仪加速度计高分辨率的测试要求的技术问题，使用本发明的方法，能够在不需要提高对常规设备性能要求的情况下，将高精度加速度计分辨率的测试精度提升至优于10

说明书

技术领域

本发明属于重力仪技术领域，具体涉及一种重力仪用高精度加速度计分 辨率测试方法。

背景技术

高精度加速度计具有动态范围宽、无交叉耦合等优点，在新型海空重力 仪中逐步取代传统的弹簧机构作为重力敏感器使用。但高精度重力仪的精度 一般优于1mGal，相应的对于重力敏感器的精度要求也很高，要求所用加速 度计的分辨率至少达到10^－7g的量级，这比一般惯性系统中所用加速度计的 技术指标高出1～2数量级。

对于加速度计分辨率的测试，通常的方法是将加速度计安装在高精度分 度头上，使加速度计测量输入轴在水平面附近。通过控制分度头的转动角度， 精确调节重力加速度在加速度计测量输入轴上的分量，作为加速度计测量的 输入基准值。同时测试加速度计输出结果，通过对比加速度计输出与基准输 入之间的关键，确定加速度计的分辨率。按照这种方法，即使是在不考虑地 基、安装等因素影响的理想状态下，要使加速度计分辨率的精度达到10^－7g 的量级，则分度头的精度至少要优于0.1″。而目前的高精度分度头精度一般 为1″，难以达到测试要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有的加速度计分辨率测试方法难以满 足海空重力仪加速度计高分辨率的测试要求。

本发明的技术方案如下所述：

一种重力仪用高精度加速度计分辨率测试方法，包括以下步骤：

步骤1、将分度头调零，分度头角度为零时安装面在水平面内；

步骤2、通过安装用的工装将加速度计安装在分度头上，使得加速度计的 测量输入轴与铅垂线平行，正向指天。

步骤3、连接加速度计电源，启动温度控制装置和加速度计，等待温度控 制装置稳定和加速度计输出稳定；述温度控制装置用于控制加速度计的环境 温度稳定在一恒定值。

步骤4、计初始位置分度头示数为U₀，记录此时加速度计的输出V₀₊；使 分度头向正向转动，使其依次分别停留在示数为U_i+(i＝1,2,3,4,5,…,N；N≥5) 的位置；每次停留时，需待加速度计输出稳定后，记录此时加速度计的输出V_i+， 完成记录后继续向下一位置转动，直至完成所有N个位置的加速度计输出的 记录；

步骤5、将分度头恢复到初始位置U₀，记录加速度计的输出V_0-；使分度 头向负向转动，使其依次分别停留在示数为U_i-(i＝1,2,3,4,5,…,N；N≥5)的 位置；每次停留时，需待加速度计输出稳定后，记录此时加速度计的输出V_0-， 完成记录后继续向下一位置转动，直至完成所有N个位置的加速度计输出的 记录；

步骤6、关闭温度控制装置和加速度计，根据测试所记录的数据，进行分 辨率的判定；

所述判定的具体方法为：

求取同方向相邻位置测试数据的差，并根据以下公式判定：

|V_i+-V_(i-1)+|＞0.5Δθ，

|V_i--V_(i-1)-|＞0.5Δθ，

如果所有的测试数据均满足上述两式，则判定加速度计分辨率满足要求， 反之则判定加速度计分辨率不满足要求。

优选的，步骤4和5中，所述转动位置U_i+和U_i-按如下原则确定：

设分辨率指标要求为Δθ，则：

|cos(U_i+)-cos(U_(i-1)+)|＝Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)，

|cos(U_i-)-cos(U_(i-1)-)|＝Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)。

本发明的有益效果为：

使用本发明的方法，能够在不需要提高对常规设备性能要求的情况下， 将高精度加速度计分辨率的测试精度提升至优于10^－7g的量级，能够满足海 空重力仪加速度计高分辨率的测试要求，为重力仪用加速度计的研制和使用 提供技术保障。

具体实施方式

本发明的重力仪用高精度加速度计分辨率测试方法，仍利用分度头进行 测试，但将常规测试中加速度计输入轴在水平附近进行测试改为了在铅垂线 附近进行测试，大幅降低了加速度计输入轴重力加速度分量变化对于分度头 转动角度的敏感程度，从而显著降低了分度头精度对于测试结果的影响。

其具体步骤如下：

步骤1、将分度头调零，分度头角度为零时安装面在水平面内。

步骤2、通过安装用的工装将加速度计安装在分度头上，使得加速度计的 测量输入轴与铅垂线平行，正向指天。

步骤3、连接加速度计电源，启动温度控制装置和加速度计，等待温度控 制装置稳定和加速度计输出稳定；所述温度控制装置用于控制加速度计的环 境温度稳定在一恒定值。

步骤4、计初始位置分度头示数为U₀，记录此时加速度计的输出V₀₊；使 分度头向正向转动，使其依次分别停留在示数为U_i+(i＝1,2,3,4,5,…,N；N≥5) 的位置。每次停留时，需待加速度计输出稳定后，记录此时加速度计的输出V_i+， 完成记录后继续向下一位置转动，直至完成所有N个位置的加速度计输出的 记录。

设分辨率指标要求为Δθ，则转动位置U_i+按照以下方式确定：

|cos(U_i+)-cos(U_(i-1)+)|＝Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)。

步骤5、将分度头恢复到初始位置U₀，记录加速度计的输出V_0-。使分度 头向负向转动，使其依次分别停留在示数为U_i-(i＝1,2,3,4,5,…,N；N≥5)的 位置。每次停留时，需待加速度计输出稳定后，记录此时加速度计的输出V_0-， 完成记录后继续向下一位置转动，直至完成所有N个位置的加速度计输出的 记录。

设分辨率指标要求为Δθ，则转动位置U_i-按照以下方式确定：

|cos(U_i-)-cos(U_(i-1)-)|＝Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)。

步骤6、关闭温度控制装置和加速度计，根据测试所记录的数据，进行分 辨率的判定。所述判定的具体方法为：

求取同方向相邻位置测试数据的差，并根据以下公式判定：

|V_i+-V_(i-1)+|＞0.5Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)

|V_i--V_(i-1)-|＞0.5Δθ，(i＝1,2,3,4,5…N)

如果所有的测试数据均满足上述两式，则判定加速度计分辨率满足要求， 反之则判定加速度计分辨率不满足要求。

采用这种方法，当分辨率指标要求为1×10^－7g时，按照正负各五点选取 的测试位置如下表1所示。

表1分度头转动位置表

U₅₊U₄₊U₃₊U₂₊U₁₊U_1-U_2-U_3-U_4-U_5--185" -160" -130" -92" 90° +92" +130" +160" +185" -185"

用上述方法，1"的分度头误差带来的测试误差小于5×10^－9g，因此应用 普通设备完成能够满足1×10^－7g分辨率指标的测试要求，不需要显著提高对 于分度头等测试设备的技术指标要求。