專利名稱：一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面及其確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，特別是涉及一種溫度循環(huán)與隨機振動綜合試驗類型的石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面及其確定方法，屬于可靠性加速試驗技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石英撓性加速度計是一種機械擺式加速度計，用來感測運動載體的線運動信息， 是構(gòu)造慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心器件，其精度高低和性能優(yōu)劣很大程度上決定了慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度和性能，其廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭等飛行器中，對于保障飛行器姿態(tài)穩(wěn)定和目標準確起著非常重要的作用。石英撓性加速度計產(chǎn)品在出廠之前，都要經(jīng)過加速穩(wěn)定試驗過程，促使加速度計參數(shù)在生產(chǎn)出來后能夠快速穩(wěn)定?，F(xiàn)階段，所使用的老化篩選試驗為溫度循環(huán)。但是從已生產(chǎn)出來的加速度計產(chǎn)品看，在受到時間和外界環(huán)境的作用影響下，其關(guān)鍵參數(shù)(零偏、標度因數(shù))產(chǎn)生漂移，造成加速度計在使用過程中普遍存在長期重復(fù)性差、標定周期短、使用維護復(fù)雜等問題。因此，需要研究一種能夠使加速度計快速進入穩(wěn)定狀態(tài)的工藝方法。目前，針對加速度計的研究，多集中在測量誤差影響因素、環(huán)境誤差建模與補償技術(shù)方面。通過對現(xiàn)有技術(shù)的查新，國內(nèi)外還沒有關(guān)于石英撓性加速度計參數(shù)穩(wěn)定、提高參數(shù)重復(fù)性的加速穩(wěn)定試驗方法方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面及其確定方法。它是通過試驗設(shè)計并進行多組不同類型試驗后，該不同類型試驗包含快速溫度變化循環(huán)試驗、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合試驗，對比確定出一種石英撓性加速度計的加速穩(wěn)定試驗剖面，能夠使加速度計參數(shù)在短時間內(nèi)達到快速穩(wěn)定的目的。該試驗剖面與現(xiàn)階段生產(chǎn)使用的試驗剖面相比，促使石英撓性加速度計參數(shù)加速穩(wěn)定的效率高，試驗時間短。2、技術(shù)方案(1)本發(fā)明一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，它由5個相同的綜合剖面構(gòu)成(每個綜合剖面都是快速溫度變化循環(huán)和隨機振動兩種應(yīng)力綜合的剖面)，一個綜合剖面見圖2所示。其中，一個綜合剖面的快速溫度變化循環(huán)剖面是從常溫以溫變速率CIt 降溫到低溫溫度Iffi后保溫tis時間，然后從低溫溫度Tis以溫變速率α τ升溫到高溫溫度T s后保溫〖^時間，最后從高溫溫度Ts以溫變速率α τ降溫到常溫；一個綜合剖面的隨機振動是指按照圖3所示的功率譜密度剖面以振動量級為V振動時間為tV進行振動，其功率譜密度剖面是從20Hz到2000Hz的隨機振動功率譜，從20Hz開始以3dB/oct的譜線斜率升到 80Hz，從80Hz到350Hz為平直譜，從350Hz以_3dB/oct的譜線斜率降到2000Hz速溫度變化循環(huán)剖面的低溫保溫時間和高溫保溫時間中，即在繼續(xù)維持低溫或高溫的情況下，施加隨機振動。同時，在每次振動前要給石英撓性加速度計通電，每次振動時間結(jié)束后給石英撓性加速度計斷電。(2)本發(fā)明一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面的確定方法，該方法具體步驟如下步驟一確定試驗因素，選擇應(yīng)力水平，設(shè)計試驗方案。確定其中的試驗因素為振動應(yīng)力量級和振動時間，每個試驗因素分別選擇2個應(yīng)力水平，根據(jù)正交試驗設(shè)計表確定實施的試驗方案。該方案中，從試驗類型上包括兩種加速試驗，即快速溫度變化循環(huán)試驗、 快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合試驗；從試驗組數(shù)上，按照試驗設(shè)計需要進行三組試驗， 即快速溫度變化循環(huán)剖面加速試驗(簡稱A剖面加速試驗)、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合剖面1加速試驗(簡稱B剖面加速試驗，振動量級為V2，振動時間為、)、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合剖面2加速試驗(簡稱C剖面加速試驗，振動量級為\，振動時間為
t2) ο步驟二 實施A剖面加速試驗。進行40個循環(huán)的A剖面加速試驗，在試驗開始前和每個溫度循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試。主要包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的主要參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)。b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計放入溫箱中，并安裝在專用夾具上。c.設(shè)定溫箱運行程序按照A剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)。d.按照設(shè)定的溫箱運行程序?qū)嵤┰囼灐. 一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成A剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)。f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)。步驟三實施B剖面加速試驗。進行40個循環(huán)的B剖面加速試驗，在試驗開始前和每個循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試。主要包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的主要參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)。b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計安裝在三綜合試驗箱中的專用夾具上，按照+Ig狀態(tài)擺放，用3個螺絲擰緊，擰緊力矩為2. 5kgf ·_，石英撓性加速度計處于不通電非工作狀態(tài)。c.設(shè)定溫箱和振動臺運行程序按照B剖面中的快速溫度變化循環(huán)剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)；按照B剖面中的隨機振動功率譜密度剖面圖設(shè)定振動臺的運行程序，并設(shè)定振動量級為V2，振動時間為、。d.按照設(shè)定的溫箱和振動臺運行程序?qū)嵤┰囼炘诘蜏乇貢r間和高溫保溫時間內(nèi)，即在繼續(xù)保持低溫或高溫的情況下施加振動量級為V2，振動時間為、的隨機振動；并保證在振動前給加速度計通電，振動結(jié)束后對石英撓性加速度計進行功能測試，即記錄下加速度計在+Ig狀態(tài)下的信號輸出，記錄完畢后給加速度計斷電。e. 一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成B剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)。f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)。步驟四實施C剖面加速試驗。進行40個循環(huán)的C剖面加速試驗，在試驗開始前和每個循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試。主要包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的主要參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)。b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計安裝在三綜合試驗箱中的專用夾具上，按照+Ig狀態(tài)擺放，用3個螺絲擰緊，擰緊力矩為2. 5kgf ·_，石英撓性加速度計處于不通電非工作狀態(tài)。c.設(shè)定溫箱和振動臺運行程序按照C剖面中的快速溫度變化循環(huán)剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)；按照C剖面中的隨機振動功率譜密度剖面圖設(shè)定振動臺的運行程序，并設(shè)定振動量級為V2，振動時間為t2。d.按照設(shè)定的溫箱和振動臺運行程序?qū)嵤┰囼炘诘蜏乇貢r間和高溫保溫時間內(nèi)，即在繼續(xù)保持低溫或高溫的情況下施加振動量級為V2，振動時間為t2的隨機振動；并保證在振動前給加速度計通電，振動結(jié)束后對石英撓性加速度計進行功能測試，即記錄下加速度計在+Ig狀態(tài)下的信號輸出，記錄完畢后給加速度計斷電。e. 一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成C剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)。f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)。步驟五確定A、B、C三個剖面能夠使石英撓性加速度計參數(shù)穩(wěn)定的循環(huán)數(shù)根據(jù)趨勢項檢驗方法和波動項檢驗方法綜合確定出三個剖面的穩(wěn)定循環(huán)數(shù)。通過對石英撓性加速度計三個剖面穩(wěn)定循環(huán)數(shù)的對比，可以確定出效率最高的一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，為石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面的確定提供了方法支持。其中，在步驟二至步驟四中所述的離線的加速度計參數(shù)測試，即性能參數(shù)測量方法，按照《GJB1037A-2004單軸擺式伺服線加速度計試驗方法》進行，其具體步驟如下1)加速度計按“門”狀態(tài)安裝在端齒盤上，保證加速度計安裝力矩同一試驗中保持一致(一般為 2. 5kgf · cm)。2)通電后，將溫控包的溫度升至55 °C 士 0. 2°C，并保持30min。3)達到保持時間后，測試采樣電阻將數(shù)字電壓表置于電阻檔直接讀出，記下電阻R。4)測試輸出信號噪聲將數(shù)字電壓表置于交流電壓檔直接讀出。之后將數(shù)字電壓表置于直流電壓檔。5)將端齒盤順時針方向旋轉(zhuǎn)，依次使轉(zhuǎn)角θ在0°，90°，180°，270°四個位置上，讀取加速度計輸出值作為該位置的輸出值，分別記作Utl，U90, U180, U27tl，然后端齒盤轉(zhuǎn)回至Ijo0。根據(jù)以下公式計算得到石英撓性加速度計的零偏Ktl、標度因數(shù)K1和非線性系數(shù)K2。K1 = (U90-U270)/2 標度因數(shù)，單位V/g;K0 = (U0+U180)/2K1 零偏，單位mg
權(quán)利要求
1.一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，其特征在于它由5個相同的綜合剖面構(gòu)成，每個綜合剖面都是快速溫度變化循環(huán)和隨機振動兩種應(yīng)力綜合的剖面；其中，一個綜合剖面的快速溫度變化循環(huán)剖面是從常溫以溫變速率/min降溫到低溫溫度_50°C后保溫lh35min，然后從低溫溫度_50°C以溫變速率55°C /min升溫到高溫溫度90°C后保溫 a!35min，最后從高溫溫度90°C以溫變速率55°C /min降溫到常溫；一個綜合剖面的隨機振動是指按照功率譜密度剖面以振動量級為10g、振動時間為IOmin進行振動，其功率譜密度剖面是從20Hz到2000Hz的隨機振動功率譜，從20Hz開始以3dB/oct的譜線斜率升到80Hz， 從80Hz到350Hz為平直譜，從350Hz以-3dB/oct的譜線斜率降到2000Hz ；它是在快速溫度變化循環(huán)剖面的低溫保溫時間和高溫保溫時間中，即在繼續(xù)維持低溫或高溫的情況下， 施加振動量級為10g、振動時間為IOmin的隨機振動；同時，在每次振動前要給石英撓性加速度計通電，每次振動時間結(jié)束后給石英撓性加速度計斷電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面的確定方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一確定試驗因素，選擇應(yīng)力水平，設(shè)計試驗方案，確定其中的試驗因素為振動應(yīng)力量級和振動時間，每個試驗因素分別選擇2個應(yīng)力水平，根據(jù)正交試驗設(shè)計表確定實施的試驗方案；該方案中，從試驗類型上包括兩種加速試驗，即快速溫度變化循環(huán)試驗、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合試驗；從試驗組數(shù)上，按照試驗設(shè)計需要進行三組試驗，即快速溫度變化循環(huán)剖面加速試驗，簡稱A剖面加速試驗、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合剖面1加速試驗，簡稱B剖面加速試驗，振動量級為V2，振動時間為、、快速溫度變化循環(huán)與隨機振動綜合剖面2加速試驗，簡稱C剖面加速試驗，振動量級為V2，振動時間為t2 ；步驟二 實施A剖面加速試驗，進行40個循環(huán)的A剖面加速試驗，在試驗開始前和每個溫度循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試，包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的主要參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)；b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計放入溫箱中，并安裝在專用夾具上；c.設(shè)定溫箱運行程序按照A剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)；d.按照設(shè)定的溫箱運行程序?qū)嵤┰囼?；e.一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成A剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)；f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)；步驟三實施B剖面加速試驗，進行40個循環(huán)的B剖面加速試驗，在試驗開始前和每個循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試，包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的主要參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)；b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計安裝在三綜合試驗箱中的專用夾具上，按照+Ig狀態(tài)擺放，用3個螺絲擰緊，擰緊力矩為2. 5kgf κπι，石英撓性加速度計處于不通電非工作狀態(tài)；c.設(shè)定溫箱和振動臺運行程序按照B剖面中的快速溫度變化循環(huán)剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)；按照B剖面中的隨機振動功率譜密度剖面圖設(shè)定振動臺的運行程序，并設(shè)定振動量級為V2，振動時間為、；d.按照設(shè)定的溫箱和振動臺運行程序?qū)嵤┰囼炘诘蜏乇貢r間和高溫保溫時間內(nèi)， 即在繼續(xù)保持低溫或高溫的情況下施加振動量級為V2，振動時間為、的隨機振動；并保證在振動前給加速度計通電，振動結(jié)束后對石英撓性加速度計進行功能測試，即記錄下加速度計在+Ig狀態(tài)下的信號輸出，記錄完畢后給加速度計斷電；e.一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成B剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)；f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)；步驟四實施C剖面加速試驗，進行40個循環(huán)的C剖面加速試驗，在試驗開始前和每個循環(huán)剖面試驗結(jié)束后都進行離線的加速度計參數(shù)測試，包括a.記錄初始數(shù)據(jù)試驗前，將石英撓性加速度計安裝在測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算石英撓性加速度計的參數(shù)，包括零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)，記錄試驗前初始數(shù)據(jù)；b.安裝石英撓性加速度計將石英撓性加速度計安裝在三綜合試驗箱中的專用夾具上，按照+Ig狀態(tài)擺放，用3個螺絲擰緊，擰緊力矩為2. ^gf ^m,石英撓性加速度計處于不通電非工作狀態(tài)；c.設(shè)定溫箱和振動臺運行程序按照C剖面中的快速溫度變化循環(huán)剖面設(shè)定溫箱運行程序，每次運行一個循環(huán)；按照C剖面中的隨機振動功率譜密度剖面圖設(shè)定振動臺的運行程序，并設(shè)定振動量級為V2，振動時間為t2 ；d.按照設(shè)定的溫箱和振動臺運行程序?qū)嵤┰囼炘诘蜏乇貢r間和高溫保溫時間內(nèi)， 即在繼續(xù)保持低溫或高溫的情況下施加振動量級為V2，振動時間為t2的隨機振動；并保證在振動前給加速度計通電，振動結(jié)束后對石英撓性加速度計進行功能測試，即記錄下加速度計在+Ig狀態(tài)下的信號輸出，記錄完畢后給加速度計斷電；e.一個循環(huán)試驗后測試數(shù)據(jù)完成C剖面一個循環(huán)后，待石英撓性加速度計表面恢復(fù)到常溫，將其取出溫箱安裝到測試工裝上，按照性能參數(shù)測量方法測試計算一個循環(huán)試驗后的石英撓性加速度計的零偏、標度因數(shù)和非線性系數(shù)；f.重復(fù)進行以上b、c、d、e四個步驟，共完成40個循環(huán)試驗，得到40個循環(huán)后的試驗數(shù)據(jù)和1個試驗前初始數(shù)據(jù)；步驟五確定A、B、C三個剖面能夠使石英撓性加速度計參數(shù)穩(wěn)定的循環(huán)數(shù)根據(jù)趨勢項檢驗方法和波動項檢驗方法綜合確定出三個剖面的穩(wěn)定循環(huán)數(shù)；通過對石英撓性加速度計三個剖面穩(wěn)定循環(huán)數(shù)的對比，確定出效率最高的一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，為石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面的確定提供了方法支持。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面的確定方法，其特征在于在步驟二至步驟四中所述的離線的加速度計參數(shù)測試，即性能參數(shù)測量方法，其具體步驟如下1)加速度計按“門”狀態(tài)安裝在端齒盤上，保證加速度計安裝力矩同一試驗中保持一致；2)通電后，將溫控包的溫度升至55°C士0. 2°C，并保持30min ；3)達到保持時間后，測試采樣電阻將數(shù)字電壓表置于電阻檔直接讀出，記下電阻R；4)測試輸出信號噪聲將數(shù)字電壓表置于交流電壓檔直接讀出，之后將數(shù)字電壓表置于直流電壓檔；5)將端齒盤順時針方向旋轉(zhuǎn)，依次使轉(zhuǎn)角θ在0°，90°，180°，270°四個位置上，讀取加速度計輸出值作為該位置的輸出值，分別記作U0, U90, U180, U27tl，然后端齒盤轉(zhuǎn)回到0° ；根據(jù)以下公式計算得到石英撓性加速度計的零偏Κο、標度因數(shù)K1和非線性系數(shù)K2 K1 = (U90-U270) /2 標度因數(shù)，單位V/g ； K0 = (U0+U180) /2K, 零偏，單位mg
全文摘要
本發(fā)明一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面，它由5個相同的綜合剖面構(gòu)成，每個綜合剖面都是快速溫度變化循環(huán)和隨機振動兩種應(yīng)力綜合的剖面；其確定方法步驟如下1.確定試驗因素，選擇應(yīng)力水平，設(shè)計試驗方案；2.實施A剖面加速試驗；3.實施B剖面加速試驗；4.實施C剖面加速試驗；5.確定A、B、C三個剖面能夠使石英撓性加速度計參數(shù)穩(wěn)定的循環(huán)數(shù)，確定出效率最高的一種石英撓性加速度計加速穩(wěn)定試驗剖面。本發(fā)明可以直接應(yīng)用于產(chǎn)品，促使參數(shù)在短時間內(nèi)快速進入穩(wěn)定狀態(tài)；與現(xiàn)有加速穩(wěn)定試驗剖面相比，該試驗剖面具有試驗效率高、試驗時間短、產(chǎn)品參數(shù)重復(fù)性好等優(yōu)點；可以采用三綜合試驗箱實現(xiàn)完成，不需要制造特殊專用設(shè)備。
文檔編號G01P21/00GK102243252SQ20111009383
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者康銳, 許丹, 陳云霞 申請人:北京航空航天大學(xué)