一种石英加速度计振动整流误差的修正方法

摘要

本发明公开了一种石英加速度计振动整流误差的修正方法，属于精密仪器制造的技术领域。包括如下步骤：将石英加速度计通过整表振动工装固定于振动台表面；测量静态输出值V

说明书

技术领域

本发明属于精密仪器制造的技术领域，涉及一种石英加速度计振动整流误差的修正方法。

背景技术

石英加速度计是一种机械单轴摆式、差动电容式、力矩再平衡式(力反馈式)加速度计，对加速度、速度、距离、摇摆、倾斜、振动等物理量敏感。石英加速度计主要由伺服电路、表头组成闭环反馈系统，根据牛顿力学定律，通过测量载体所受的惯性力来间接测量载体的加速度。它具有结构简单、体积小、寿命长、精度和灵敏度高、温度系数小、性能稳定等优点，广泛应用于飞机、导弹、火箭、船舶、车辆的惯性导航系统，和石油钻井(MWD、LWD)、建筑、堤坝的倾角测量以及地震监测等。当外界有加速度输入时，石英摆片受惯性力作用将离开平衡位置。此时石英由摆片上下表面与上下轭铁端面组成的差动电容值将发生改变，这一电信号通过接线柱输出至伺服回路。经过放大的电流信号输出至力矩线圈，利用通电导线在磁场中受到的磁力经推挽作用使石英摆片回复平衡位置。在石英摆片偏转角度很小的情况下，该电流近似与输入加速度呈线性关系。此时检测该电流就能得到输入加速度大小。

对于石英加速度计来说，石英摆片是该加速度计的关键部件，上、下轭铁与石英摆片之间间隙的大小直接影响石英加速度计的输出精度，在石英加速度计通电工作时，石英摆片没有处于上、下轭铁之间的中央位置，会在上轭铁与石英摆片之间、下轭铁与石英摆片之间形成振动气膜，由于有压膜效应，石英摆片会受到向上和向下推摆片的力，力的大小与轭铁和石英摆片之间的间隙大小成反比，也就是间隙越小力越大；当加速度计在振动时这两个力都同时作用在一个摆片上，一个是向上推，一个是向下压，这两个力的差值形成一个附加力的作用在摆片上，在附加力的作下，石英加速度计在振动中有多余的额外的输出，此时的加速度输出值较静止状态会出现增大或减小，会产生较大或较小的振动整流误差；目前，在生产制造过程中石英加速度计摆片在上下轭铁之间的间距很难保障，合格率很低且无法返修。

发明内容

为了在石英加速度计生产完成后，修正因石英加速度计内部石英摆片与上下轭铁间隙不等造成的振动整流误差，提高石英加速度计的精度，本发明提供了一种石英加速度计振动整流误差的修正方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种石英加速度计振动整流误差的修正方法，包括如下步骤：

S1：将若干石英加速度计通过螺钉固定于整表振动工装内，并使用螺栓将整表振动工装固定于振动台表面；

S2：将整表振动工装上的每个测试插头与石英加速度计的P1、P2、P3、P4和P5接线柱连接，每个测试插头与两个石英加速度计连接，并将整表振动工装的总插头与数据采集器连接，数据采集器通过USB接口将数据传输至工控机；

S3：向石英加速度计通电，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内石英加速度计的静态输出值V

S4：启动振动台，按需求操作振动台定频或随机振动，并用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内石英加速度计的平均输出值V

S5：计算石英加速度计的振动整流误差△V

S6：若△V

若△V

若△V

S7：使用高精度电容测量仪测量差动电容1接线柱P7上的电容值，记为C

若△V

反之则在差动电容2接线柱P8与接地端并联接入修正电容C，使下轭铁、石英摆片之间组成的差动电容值与修正电容C并联上轭铁、石英摆片之间组成的差动电容值相等，使得石英摆片移动至上、下轭铁间隙中央位置，使C

S8：依据整流误差△V

若△V

反之，则在正稳压器输出接线柱P10与自检端接线柱P6之间并联接入修正电阻R；修正电阻分电流，降低石英加速度计力矩线圈内通电导线中的电流，使石英摆片受力矩线圈与上轭铁磁力的反作用力减小，石英摆片移动至上、下轭铁中央位置；

S9：关闭振动台，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内修正后的石英加速度计的静态输出值V

S10：启动振动台，按S4中所使用的振动方式，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内修正后的石英加速度计的平均输出值V

S11：计算修正后的石英加速度计振动整流误差△V

S12：若并联接入修正电容C或修正电阻R后石英加速度计的振动整流误差△V

进一步地，所述S3中，振动台的振动周期为5min，高精度加速度计分析仪的采样周期为1秒。

进一步地，所述S7中，修正电容C的值为1-15pf；所述S8中，修正电阻R的值为100-1000KΩ。

进一步地，所述S8中，负稳压器输出接线柱P9的电压为-9V，正稳压器输出接线柱P10的电压为+9V。

进一步地，所述S1中，通过螺杆与压块配合将整表振动工装固定于振动台表面。

进一步地，所述S2中，P1接线柱为力矩器低端(输出)；P2接线柱为力矩器高端；P3接线柱为负电源-15VDC；P4接线柱为正电源+15VDC；P5接线柱为地线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明技术方案利用利用压膜效应的原理，依据测出的石英加速度振动整流误差值的大小，选用并电容法或并电阻法修正石英加速度计的振动整流误差；使用并电容法修正石英加速度计振动整流误差时，在差动电容1或差动电容2接线柱P8与接地端并联接入修正电容C，使上轭铁或下轭铁与石英摆片之间组成的差动电容并联修正电容C，使修正完成后的下轭铁、石英摆片之间组成的差动电容电容值与上轭铁、石英摆片组成的差动电容电容值相等，电容值仅与轭铁与石英摆片之间的有效面积以及轭铁与石英摆片之间的间隙有关，在有效面积不变时，石英摆片在振动气膜力的作用下移动至上、下轭铁间隙中央位置；使用并电阻法修正石英加速度计振动整流误差时，在正稳压器输出接线柱P10或负稳压器输出接线柱P9与自检端接线柱P6接入修正电阻，修正电阻在电路中起分电流作用，降低了石英加速度计上轭铁或下轭铁上力矩线圈内通电导线中的电流，使石英摆片受力矩线圈与上、下轭铁磁力的反作用力减小，石英摆片能够在并入电阻一侧的力矩线圈作用力下移动至上、下轭铁中央位置；以达到修正加速度计振动整流误差的目的。而且本方案能够将因装配完成后存在整流误差无法返修的石英加速度计振动整理误差进行修正，且能够提高装配完成后石英加速度计的产品的合格率。

2、本发明的技术方案能够解决石英加速度计在零件加工、装配过程中无法避免的误差，能够修正已完成装配但因精度不达标的石英加速度计，降低石英加速度计反修或报废问题出现的概率，而且修正方法简单，易操作；此方案不仅提高了生产效率也节约了大量的人力成本，经济效益方面得到了显著的提升。

3、本发明中使用整表振动工装将石英加速度计固定与振动台表面，方便同时对多个石英加速度计进行检测，同时将相邻的两个石英加速度计与测试插头相连，再用总插头与数据采集器相连，能够有效的对测试线路进行整理，保障整表振动工装及石英加速度计表面线路的整洁，有助于提高石英加速度计整流误差的修正效率。

附图说明

图1为本发明中整表振动工装结构示意图；

图2为本发明中整表振动工装结构右视图；

图3为本发明中石英加速度计接线端结构示意图；

其中，1为整表振动工装；2为整表振动工装固定孔；3为石英加速度计安装孔，4为石英加速度计螺栓孔，5为测试插头，6为总插头，7为石英加速度计，8为石英加速度计固定孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开了一种石英加速度计振动整流误差的修正方法，包括如下步骤：

S1：将若干石英加速度计通过螺钉固定于整表振动工装内，并使用螺栓将整表振动工装固定于振动台表面；

具体的，将石英加速度计安装于整表振动工装上的石英加速度计安装孔内，使用螺钉穿过石英加速度计固定孔后与整表振动工装上的石英加速度计螺栓孔连接；将螺栓旋入整表振动工装固定孔内，并与振动台上的螺栓孔连接，以达到对整表振动工装进行固定的目的；

S2：将整表振动工装上的每个测试插头与石英加速度计的P1、P2、P3、P4和P5接线柱连接，每个测试插头与两个石英加速度计连接，并将整表振动工装的总插头与数据采集器连接，数据采集器通过USB接口将数据传输至工控机；

S3：向石英加速度计通电，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内石英加速度计的静态输出值V

S4：启动振动台，按需求操作振动台定频或随机振动，并用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内石英加速度计的平均输出值V

S5：计算石英加速度计的振动整流误差△V

S6：若△V

若△V

若△V

S7：使用高精度电容测量仪测量差动电容1接线柱P7上的电容值，记为C

若△V

反之则在差动电容2接线柱P8与接地端并联接入修正电容C，使下轭铁、石英摆片之间组成的差动电容值与修正电容C并联上轭铁、石英摆片之间组成的差动电容值相等，使得石英摆片移动至上、下轭铁间隙中央位置，使C

S8：依据整流误差△V

若△V

反之，则在正稳压器输出接线柱P10与自检端接线柱P6之间并联接入修正电阻R；修正电阻分电流，降低石英加速度计力矩线圈内通电导线中的电流，使石英摆片受力矩线圈与上轭铁磁力的反作用力减小，石英摆片移动至上、下轭铁中央位置；

具体的，本发明技术方案利用利用压膜效应的原理，在石英加速度计通电后，在振动过程中，石英摆片随振动台振动频率上下来回振动，当石英摆片与上、下轭铁之间的间隙相等时，处在石英摆片极板与轭铁极板间的空气也以同频率振动形成振动气膜，该气膜对石英摆片极板和轭铁极板都有个压膜效应产生的力，该力作用于石英摆片极板和轭铁极板大小相等，方向相反；当石英摆片与上下轭铁之间的间隙不等时，上下间隙气膜所产生的力也不相等，故石英摆片受上下间隙的压膜效应力也不等，两力差推动石英摆片不在原来的静态位置，故加速度计的输出有变化，形成振动误差。通过在石英加速度计的接线柱上并联接入修正电容或修正电阻，改变石英加速度计内部电路的电容或电阻值，移动加速度计内部石英摆片在上下轭铁之间的位置，当石英摆片移到距离上下轭铁间隙相等时，则石英摆片在振动中所受上下间隙压膜效应力相等，达到修正加速度计振动整流误差的目的。

S9：关闭振动台，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内修正后的石英加速度计的静态输出值V

S10：启动振动台，按S4中所使用的振动方式，用高精度加速度计分析仪测量振动台一个振动周期内修正后的石英加速度计的平均输出值V

S11：计算修正后的石英加速度计振动整流误差△V

S12：若并联接入修正电容C或修正电阻R后石英加速度计的振动整流误差△V

所述S3中，振动台的振动周期为5min，高精度加速度计分析仪的采样周期为1秒。

所述S7中，修正电容C的值为1-15pf；所述S8中，修正电阻R的值为100-1000KΩ。

所述S8中，负稳压器输出接线柱P9的电压为-9V，正稳压器输出接线柱P10的电压为+9V。

所述S1中，通过螺杆与压块配合将整表振动工装固定于振动台表面。

所述S2中，P1接线柱为力矩器低端(输出)；P2接线柱为力矩器高端；P3接线柱为负电源-15VDC；P4接线柱为正电源+15VDC；P5接线柱为地线。

下面给出具体的实施例。

实施例1：

给石英加速度计通电，使用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内石英加速度计的静态输出值V

启动振动台，按需求操作振动台定频或随机振动，使用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内石英加速度计的平均输出值V

石英加速度计的振动整流误差△V

石英加速度计的振动整流误差△V

并联接入6pf的修正电容C后，关闭振动台，用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内修正后的石英加速度计的静态输出值V

启动振动台，按未修正时所使用的振动方式，用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内修正后的石英加速度计的平均输出值V

修正后的石英加速度计振动整流误差△V

实施例2：

给石英加速度计通电，使用高精度加速度计分析仪测量石英加速度计的静态输出值V

启动振动台，按需求操作振动台定频或随机振动，使用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内石英加速度计的平均输出值V

石英加速度计的振动整流误差△V

石英加速度计的振动整流误差△V

依据整流误差△V

由于△V

启动振动台，按未修正时所使用的振动方式，用高精度加速度计分析仪测量振动台振动周期5min内修正后的石英加速度计的平均输出值V

修正后的石英加速度计振动整流误差△V

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。