离心机工作半径标定方法、系统以及加速度计校准方法

摘要

本发明涉及一种离心机工作半径标定方法、系统以及加速度计校准方法，所述离心机工作半径标定方法包括：获取加速度计的初始零位值，加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上，启动主离心机，调节从离心机的位置直到加速度计的输出值等于初始零位值，记录此时从离心机相对主离心机的旋转角度，根据旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。本发明不依赖加速度计输出模型和加速度计标度因数相关性能，即可实现对离心机的工作半径准确标定。

说明书

技术领域

本发明涉及仪表检测技术领域，特别是涉及一种离心机工作半径标定方法、系统和加速度计校准方法。

背景技术

加速度计是测量载体加速度的仪表，被广泛应用于商用电子、工业、航空航天和军事等领域。在加速度计研制、生产和使用中，需要对加速度计的性能指标进行测试以标定和校准。一般地，加速度计(量程大于1g)的标度因数相关指标测试通过离心机来完成。

离心机通过把离心加速度作为加速度计的输入量，来实现对加速度计标度因数相关指标的测试，如标度因数大小的标定、标度因数不对称度和标度因数非线性测试校准等。离心机产生的加速度作为被测试加速度计的输入量，其精度直接影响加速度计标度因数相关指标的测试精度。离心机的转速、离心机的工作半径和敏感轴安装误差角都会影响加载到加速度计敏感方向的加速度，这三个因素的误差会带来测试误差，影响测试精度。其中，转速的精度由离心机设计制造厂商决定，一般地，离心机由于转速带来的加速度误差可以控制在10ppm以内，可以忽略不计；敏感轴安装误差角决定离心机产生的加速度在加速度计敏感轴方向上的分量，其主要受被校加速度计安装的影响，这个误差因素可以通过调试安装来解决；工作半径测试误差极大地影响加速度计性能指标测试精度，一般地，离心机测试加速度计的误差主要来源于工作半径的误差。

将加速度计安装到离心机上进行测试时，离心机的工作半径难以直接测量得到。目前国内外主要有4种工作半径测量测试方法：一是采用量块法；二是半径反算法；三是质心找正法；四是误差半径抵消法。但是，这四种方法得到离心机的工作半径精度普遍较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中测量得到离心机工作半径精度低的问题，提供一种离心机工作半径标定方法、系统以及加速度计校准方法。

一种离心机工作半径标定方法，包括：

获取加速度计的初始零位值；所述加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上；

启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对初始离心机位置的旋转角度；

根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。

上述离心机工作半径标定方法，通过将加速度计安装在双离心机上，并记录双离心机为工作时，加速度计的初始零位值，在双离心机工作时，通过旋转从离心机，使加速度计的输出值等于初始零位值，记录此时从离心机相对主离心机的旋转角度，从而根据旋转角度和主离心机与从离心机的中心距就可以计算出加速计在双离心机上的工作半径。本实施例的技术方案，无需确定加速计敏感轴的质心位置，即可实现离心机工作半径的准确标定。

在其中一个实施例中，在将加速度计水平安装在双离心机的从离心机上之前，还包括：对所述双离心机的从离心机进行回零调整，以使所述从离心机的初始定位值为零位。

在其中一个实施例中，所述获取加速度计的初始零位值的步骤，包括：将加速度计进行带电检测，多次读取所述加速度计的热稳定输出值，取所述热稳定输出值的平均值作为所述初始零位值。

在其中一个实施例中，所述在主离心机工作时，调节从离心机的旋转角度直到所述加速度计的输出值等于初始零位值的步骤，包括：预先设置所述从离心机为位置模式，其中，在所述位置模式下，从离心机旋转到达预设的位置；启动所述主离心机，重复调节所述从离心机位置模式下的输出位置，直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值。

在其中一个实施例中，通过计算公式计算得到离心机的工作半径为：

R₁＝R(1-cosθ)

其中，R₁表示所述离心机的工作半径；R表示所述中心距；所述θ表示所述旋转角度。

一种加速度计校准方法，包括：

获取加速度计的初始零位值；所述加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上；

启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对主离心机的旋转角度；

根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径；

根据所述工作半径以及设定的所述主离心机的旋转角速度，得到加载到所述加速度计上的实际加速度；

根据所述实际加速度以及所述加速度计的当前输出值，校准所述加速度计。

上述加速度计校准方法，通过标定出离心机的工作半径以及主离心机的工作加速度，可以得到加载到加速度计上的实际加速度，然后将实际加速度与加速度计的当前输出值相比较，即可实现对加速度计的校准。本实施例的上述方案，无需确定加速度计的敏感轴质心位置，就可以确定加载在加速度计上的实际加速度，从而实现加速度计的准确校准。

在其中一个实施例中，根据以下公式计算所述实际加速度：

a₂＝a₁(1-cosθ)

其中，a₂表示所述实际加速度；a₁表示所述设置加速度，所述设置加速度是根据所述主离心机的旋转角速度和主从离心机中心距离得到的；θ表示旋转角度。

一种加速度计工作半径标定系统，包括：

初始化模块，用于获取加速度计的初始零位值；所述加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上；

角度匹配模块，用于启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对初始从离心机位置的旋转角度；

标定模块，用于根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。

上述加速度计工作半径标定系统，通过将加速度计安装在双离心机上，并记录双离心机未工作时，加速度计的初始零位值，在双离心机工作时，通过旋转从离心机，使加速度计的输出值等于初始零位值，记录此时从离心机相对主离心机的旋转角度，从而根据旋转角度和主离心机与从离心机的中心距就可以计算出加速计在双离心机上的工作半径。本实施例的技术方案，无需确定加速计的敏感轴质心位置，即可实现离心机工作半径的准确标定。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的离心机工作半径标定方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上所述的离心机工作半径标定方法。

附图说明

图1为一实施例中双离心机的示意性结构图；

图2为一实施例中离心机工作半径标定方法的示意性流程图；

图3为一实施例中加速度计上机检测的示意性结构图；

图4为一实施例中加速度计输出值等于初始零位值时的位置示意图；

图5为一实施例中离心机工作半径标定方法的示意性流程图；

图6为一实施例中加速度计校准方法的示意性流程图；

图7为一实施例中离心机工作半径标定系统的示意性结构图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。

图1为一实施例中双离心机的示意性结构图，如图1所示，双离心机的线加速度转台由主离心机101和从离心机102组成，从离心机102安装在主离心机101的转盘或者转臂上，并且，主离心机101和从离心机102的转盘均与地面平行。

从离心机101和主离心机102产生的加速度信号可以作为输入量对被校加速度计进行标定校准。

图2为一实施例中离心机工作半径标定方法的示意性流程图，如图2所示，所述方法的步骤包括：

S201，获取加速度计的初始零位值；所述加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上。

S202，启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对初始从离心机位置的旋转角度。

S203，根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。

本实施例的方案，通过将加速度计安装在双离心机上，并记录双离心机未工作时，加速度计的初始零位值，在双离心机工作时，通过旋转从离心机，使加速度计的输出值等于初始零位值，记录此时从离心机相对主离心机的旋转角度，从而根据旋转角度和主离心机与从离心机的中心距就可以计算出加速计在双离心机上的工作半径。从而无需确定加速计的质心位置，即可实现离心机工作半径的准确标定。

主离心机和从离心机闭合固定后，主离心机以一定角速率匀速旋转，产生一定的离心加速度，加速度计上加载的加速度由工作半径和主离心机的旋转速率决定，加速度的方向为主离心机的旋转中心指向加速计的敏感轴质心方向。

在其中一个实施例中，在将加速度计水平安装在双离心机的从离心机上之前，还需要对所述双离心机的从离心机进行回零调整，以使所述从离心机的初始定位值为零位。加速度计的敏感轴安装在主离心机中心和从离心机中心的连接线上，若此时从离心机的初始定位值不是在零位，加速度计的敏感轴与主离心机中心和从离心机中心的连接线也成一定的角度，将会导致标定结果不准确，因此在测试之前，需要检测从离心机的初始定位值是否在零位。

在另一实施例中，可以通过以下方式获取所述加速度计的初始零位值：将所述加速度计进行带电检测，多次读取所述加速度计的热稳定输出值，取所述热稳定输出值的平均值作为所述初始零位值。在对加速度计进行带电检测时，加速度计的加速度输出值可能会发生漂移，此时，需要多次读取加速度计的热稳定输出值，求平均值得到加速度计的初始零位值。

图3为一实施例中加速度计上机检测的示意性结构图，如图3所示，主离心机旋转中心O₁与从离心机旋转中心O₂的中心距为R，从离心机旋转中心O₂与加速度计敏感轴质心O₃的距离为r，r即可以理解为加速计的工作半径的安装误差，主离心机旋转中心O₁与加速度计敏感轴质心O₃的距离R₁即为加速计的工作半径，那么：

R₁＝R-r>

由于R可以从双离心机上获知，从公式(1)可知，测试得到r即可以求得离心机的工作半径R₁。

在一实施例中，可以通过以下方式在主离心机工作时，调节从离心机的旋转角度直到所述加速度计的输出值等于初始零位值：预先设置所述从离心机为位置模式，其中，在所述位置模式下，从离心机旋转到达预设的位置；启动所述主离心机，重复调节所述从离心机位置模式下的输出位置，直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值。

从离心机有两种工作模式，一种是速率模式，在主离心机旋转的同时，从离心机以一定角速率匀速旋转，从离心机旋转改变加速度计敏感轴的方向，因而，由主离心机匀速旋转所产生的加速度与加速度计的敏感轴之间的夹角将随从离心机的旋转而不断变化，从而对加速度计输入一个动态的正弦加速度，这种模式下主离心机实现加速度信号的幅值，从离心机实现加速度信号的频率和相位；另一种模式是位置模式，即旋转从离心机一定角度，使加速度计敏感轴和离心加速度有一固定夹角，固定从离心机后，旋转主离心机，产生加速度作用于加速度计。

在本实施例中，在所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，加速度计的位置如图4所示，根据加速度计的特性，此时加速度计的输出值与初始零位值相等表明主离心机旋转中心O₁与加速度计质心O₄的连线O₁O₄和加速度计质心O₄与从离心机旋转中心O₂的连线O₂O₄成90°，记录此时从离心机相对从离心机初始位置的旋转角度θ，根据旋转角度即可以求得安装误差r，r可以由以下公式表示：

r＝Rcosθ(2)

其中，θ表示所述旋转角度。

在一实施例中，根据式(1)和式(2)，具体可以通过计算公式计算得到离心机的工作半径为：

R₁＝R(1-cosθ)>

根据式(3)可以求得离心机的工作半径。

图5为一实施例中离心机工作半径标定方法的示意性流程图，如图5所示，所述方法的步骤包括：

S301，对主离心机和从离心机进行上电，使从离心机回零，从离心机定位于零位。

S302，将加速度计固定在从离心机转盘上，使加速度计的敏感轴在主离心机和从离心机的旋转中心连线上。

S303，对加速度计进行上电，待加速度计稳定输出值不漂移时，读取加速度计的输出值，并取其平均值，读取加速度计在从离心机零位时的初始零位值V₀。

S304，设置主离心机的输出加速度a，启动主离心机。

S305，保持主离心机转动，设置从离心机为位置模式，旋转从离心机至θ角度，记录此时加速度计的稳定输出值V₁。

S306，重复S305的步骤，直至加速度计的稳定输出值V₁＝V₀，记录此时从离心机的旋转角度θ。

S307，根据公式(2)求得离心机的工作半径。

在本实施例中，不依赖加速度计输出模型和加速度计标度因数相关性能，即可实现对离心机的工作半径进行准确的测量。

在一些实施例中，还提供一种加速度计校准方法。图6为一实施例中加速度计校准方法的示意性流程图，如图6所示，包括：

S401，获取所述加速度计的初始零位值；所述速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上。

S402，启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对主离心机的旋转角度。

S403，根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。

S404，根据所述工作半径以及设定的所述主离心机的旋转角速度，得到加载到所述加速度计上的实际加速度。

S405，根据所述实际加速度以及所述加速度计的当前输出值，校准所述加速度计。

本实施例中，通过标定出加速计的工作半径以及主离心机的工作加速度，可以得到加载到加速度计上的实际加速度，然后将实际加速度与加速度计的当前输出值相比较，即可实现对加速度计的校准。无需确定加速度计的敏感轴质心位置，就可以确定加载在加速度计上的实际加速度，从而显示加速度计的准确校准。

在一实施例中，根据以下公式计算所述实际加速度：

a₂＝a₁(1-cosθ)(3)

其中，a₂表示所述实际加速度；a₁表示所述设置加速度，所述设置加速度是根据所述主离心机的旋转角速度和主从离心机的中心距离得到的；θ表示旋转角度。

在本实施例中，由式(3)可以看出，实际加载到加速度计上的加速度a₂只依赖于旋转角度θ，测试精度由从离心机的旋转角精度决定。如果θ的值为80度，从离心机的旋转角分辨率为0.001度，则半径误差为21ppm，相应的，加速度计的误差为21ppm，若离心机的旋转角分辨率为0.0001度，则加速度计的误差为2ppm。

基于与上述实施例中的离心机工作半径标定方法相同的思想，本发明还提供加速度计工作半径标定系统，该系统可用于执行上述离心机工作半径标定方法。为了便于说明，加速度计工作半径标定系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图7为一实施例中加速度计工作半径标定系统的示意性结构图，如图7所示，所述系统包括：

初始化模块501，用于获取所述加速度计的初始零位值；所述加速度计水平安装在双离心机的从离心机上，其中，所述加速度计的敏感轴在主离心机中心和从离心机中心的连接线上；

角度匹配模块502，用于启动所述主离心机，调节从离心机的位置直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值，记录此时所述从离心机相对初始从离心机位置的旋转角度；

标定模块503，用于根据所述旋转角度以及主离心机与从离心机的中心距，标定离心机的工作半径。

本实施例的加速度计工作半径标定系统，通过将加速度计安装在双离心机上，并记录双离心机未工作时，加速度计的初始零位值，在双离心机工作时，通过旋转从离心机，使加速度计的输出值等于初始零位值，记录此时从离心机相对主离心机的旋转角度，从而根据旋转角度和主离心机与从离心机的中心距就可以计算出加速计在双离心机上的工作半径。无需确定加速计的敏感轴质心位置，即可实现加速计工作半径的准确标定。

在一实施例中，还包括调零模块，所述调零模块用于对所述双离心机的从离心机进行回零调整，以使所述从离心机的初始定位值为零位。

在另一实施例中，所述角度匹配模块502还用于将加速度计进行带电检测，多次读取所述加速度计的热稳定输出值，取所述热稳定输出值的平均值作为所述初始零位值。

在一实施例中，角度匹配模块502还用于预先设置所述从离心机为位置模式，其中，在所述位置模式下，从离心机旋转到达预设的位置；启动所述主离心机，重复调节所述从离心机位置模式下的输出位置，直到所述加速度计的输出值等于所述初始零位值。

在一实施例中，标定模块503用于通过计算公式计算得到离心机的工作半径为：

R₁＝R(1-cosθ)

其中，R₁表示所述离心机的工作半径；R表示所述中心距；所述θ表示所述旋转角度。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

在一实施例中，所述存储介质还可设置于计算机设备中，所述计算机设备还包括处理器。所述处理器执行所述存储介质中的程序时可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。