专利名称：一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面及其确定方法
技术领域：
本发明提供一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，特别是涉及一种温度循环与随机振动综合试验类型的石英挠性加速度计加速稳定试验剖面及其确定方法，属于可靠性加速试验技术领域。
背景技术：
石英挠性加速度计是一种机械摆式加速度计，用来感测运动载体的线运动信息， 是构造惯导系统的核心器件，其精度高低和性能优劣很大程度上决定了惯导系统的精度和性能，其广泛应用于导弹、卫星、火箭等飞行器中，对于保障飞行器姿态稳定和目标准确起着非常重要的作用。石英挠性加速度计产品在出厂之前，都要经过加速稳定试验过程，促使加速度计参数在生产出来后能够快速稳定。现阶段，所使用的老化筛选试验为温度循环。但是从已生产出来的加速度计产品看，在受到时间和外界环境的作用影响下，其关键参数(零偏、标度因数)产生漂移，造成加速度计在使用过程中普遍存在长期重复性差、标定周期短、使用维护复杂等问题。因此，需要研究一种能够使加速度计快速进入稳定状态的工艺方法。目前，针对加速度计的研究，多集中在测量误差影响因素、环境误差建模与补偿技术方面。通过对现有技术的查新，国内外还没有关于石英挠性加速度计参数稳定、提高参数重复性的加速稳定试验方法方面的研究。
发明内容
1、发明目的本发明的目的在于针对现有技术所存在的问题，提供一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面及其确定方法。它是通过试验设计并进行多组不同类型试验后，该不同类型试验包含快速温度变化循环试验、快速温度变化循环与随机振动综合试验，对比确定出一种石英挠性加速度计的加速稳定试验剖面，能够使加速度计参数在短时间内达到快速稳定的目的。该试验剖面与现阶段生产使用的试验剖面相比，促使石英挠性加速度计参数加速稳定的效率高，试验时间短。2、技术方案(1)本发明一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，它由5个相同的综合剖面构成(每个综合剖面都是快速温度变化循环和随机振动两种应力综合的剖面)，一个综合剖面见图2所示。其中，一个综合剖面的快速温度变化循环剖面是从常温以温变速率CIt 降温到低温温度Iffi后保温tis时间，然后从低温温度Tis以温变速率α τ升温到高温温度T s后保温〖^时间，最后从高温温度Ts以温变速率α τ降温到常温；一个综合剖面的随机振动是指按照图3所示的功率谱密度剖面以振动量级为V振动时间为tV进行振动，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到 80Hz，从80Hz到350Hz为平直谱，从350Hz以_3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz速温度变化循环剖面的低温保温时间和高温保温时间中，即在继续维持低温或高温的情况下，施加随机振动。同时，在每次振动前要给石英挠性加速度计通电，每次振动时间结束后给石英挠性加速度计断电。(2)本发明一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定方法，该方法具体步骤如下步骤一确定试验因素，选择应力水平，设计试验方案。确定其中的试验因素为振动应力量级和振动时间，每个试验因素分别选择2个应力水平，根据正交试验设计表确定实施的试验方案。该方案中，从试验类型上包括两种加速试验，即快速温度变化循环试验、 快速温度变化循环与随机振动综合试验；从试验组数上，按照试验设计需要进行三组试验， 即快速温度变化循环剖面加速试验(简称A剖面加速试验)、快速温度变化循环与随机振动综合剖面1加速试验(简称B剖面加速试验，振动量级为V2，振动时间为、)、快速温度变化循环与随机振动综合剖面2加速试验(简称C剖面加速试验，振动量级为\，振动时间为
t2) ο步骤二 实施A剖面加速试验。进行40个循环的A剖面加速试验，在试验开始前和每个温度循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试。主要包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据。b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计放入温箱中，并安装在专用夹具上。c.设定温箱运行程序按照A剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环。d.按照设定的温箱运行程序实施试验。e. 一个循环试验后测试数据完成A剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数。f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据。步骤三实施B剖面加速试验。进行40个循环的B剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试。主要包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据。b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+Ig状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2. 5kgf ·_，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态。c.设定温箱和振动台运行程序按照B剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照B剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V2，振动时间为、。d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验在低温保温时间和高温保温时间内，即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V2，振动时间为、的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+Ig状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电。e. 一个循环试验后测试数据完成B剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数。f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据。步骤四实施C剖面加速试验。进行40个循环的C剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试。主要包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据。b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+Ig状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2. 5kgf ·_，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态。c.设定温箱和振动台运行程序按照C剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照C剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V2，振动时间为t2。d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验在低温保温时间和高温保温时间内，即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V2，振动时间为t2的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+Ig状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电。e. 一个循环试验后测试数据完成C剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数。f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据。步骤五确定A、B、C三个剖面能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出三个剖面的稳定循环数。通过对石英挠性加速度计三个剖面稳定循环数的对比，可以确定出效率最高的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，为石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定提供了方法支持。其中，在步骤二至步骤四中所述的离线的加速度计参数测试，即性能参数测量方法，按照《GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法》进行，其具体步骤如下1)加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致(一般为 2. 5kgf · cm)。2)通电后，将温控包的温度升至55 °C 士 0. 2°C，并保持30min。3)达到保持时间后，测试采样电阻将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R。4)测试输出信号噪声将数字电压表置于交流电压档直接读出。之后将数字电压表置于直流电压档。5)将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作Utl，U90, U180, U27tl，然后端齿盘转回至Ijo0。根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏Ktl、标度因数K1和非线性系数K2。K1 = (U90-U270)/2 标度因数，单位V/g;K0 = (U0+U180)/2K1 零偏，单位mg
权利要求
1.一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，其特征在于它由5个相同的综合剖面构成，每个综合剖面都是快速温度变化循环和随机振动两种应力综合的剖面；其中，一个综合剖面的快速温度变化循环剖面是从常温以温变速率/min降温到低温温度_50°C后保温lh35min，然后从低温温度_50°C以温变速率55°C /min升温到高温温度90°C后保温 a!35min，最后从高温温度90°C以温变速率55°C /min降温到常温；一个综合剖面的随机振动是指按照功率谱密度剖面以振动量级为10g、振动时间为IOmin进行振动，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到80Hz， 从80Hz到350Hz为平直谱，从350Hz以-3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz ；它是在快速温度变化循环剖面的低温保温时间和高温保温时间中，即在继续维持低温或高温的情况下， 施加振动量级为10g、振动时间为IOmin的随机振动；同时，在每次振动前要给石英挠性加速度计通电，每次振动时间结束后给石英挠性加速度计断电。
2.根据权利要求1所述的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一确定试验因素，选择应力水平，设计试验方案，确定其中的试验因素为振动应力量级和振动时间，每个试验因素分别选择2个应力水平，根据正交试验设计表确定实施的试验方案；该方案中，从试验类型上包括两种加速试验，即快速温度变化循环试验、快速温度变化循环与随机振动综合试验；从试验组数上，按照试验设计需要进行三组试验，即快速温度变化循环剖面加速试验，简称A剖面加速试验、快速温度变化循环与随机振动综合剖面1加速试验，简称B剖面加速试验，振动量级为V2，振动时间为、、快速温度变化循环与随机振动综合剖面2加速试验，简称C剖面加速试验，振动量级为V2，振动时间为t2 ；步骤二 实施A剖面加速试验，进行40个循环的A剖面加速试验，在试验开始前和每个温度循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计放入温箱中，并安装在专用夹具上；c.设定温箱运行程序按照A剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；d.按照设定的温箱运行程序实施试验；e.一个循环试验后测试数据完成A剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；步骤三实施B剖面加速试验，进行40个循环的B剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+Ig状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2. 5kgf κπι，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态；c.设定温箱和振动台运行程序按照B剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照B剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V2，振动时间为、；d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验在低温保温时间和高温保温时间内， 即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V2，振动时间为、的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+Ig状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电；e.一个循环试验后测试数据完成B剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；步骤四实施C剖面加速试验，进行40个循环的C剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括a.记录初始数据试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；b.安装石英挠性加速度计将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+Ig状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2. ^gf ^m,石英挠性加速度计处于不通电非工作状态；c.设定温箱和振动台运行程序按照C剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照C剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V2，振动时间为t2 ；d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验在低温保温时间和高温保温时间内， 即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V2，振动时间为t2的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+Ig状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电；e.一个循环试验后测试数据完成C剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；步骤五确定A、B、C三个剖面能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出三个剖面的稳定循环数；通过对石英挠性加速度计三个剖面稳定循环数的对比，确定出效率最高的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，为石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定提供了方法支持。
3.根据权利要求2所述的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定方法，其特征在于在步骤二至步骤四中所述的离线的加速度计参数测试，即性能参数测量方法，其具体步骤如下1)加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致；2)通电后，将温控包的温度升至55°C士0. 2°C，并保持30min ；3)达到保持时间后，测试采样电阻将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R；4)测试输出信号噪声将数字电压表置于交流电压档直接读出，之后将数字电压表置于直流电压档；5)将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作U0, U90, U180, U27tl，然后端齿盘转回到0° ；根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏Κο、标度因数K1和非线性系数K2 K1 = (U90-U270) /2 标度因数，单位V/g ； K0 = (U0+U180) /2K, 零偏，单位mg
全文摘要
本发明一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，它由5个相同的综合剖面构成，每个综合剖面都是快速温度变化循环和随机振动两种应力综合的剖面；其确定方法步骤如下1.确定试验因素，选择应力水平，设计试验方案；2.实施A剖面加速试验；3.实施B剖面加速试验；4.实施C剖面加速试验；5.确定A、B、C三个剖面能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数，确定出效率最高的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面。本发明可以直接应用于产品，促使参数在短时间内快速进入稳定状态；与现有加速稳定试验剖面相比，该试验剖面具有试验效率高、试验时间短、产品参数重复性好等优点；可以采用三综合试验箱实现完成，不需要制造特殊专用设备。
文档编号G01P21/00GK102243252SQ20111009383
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者康锐, 许丹, 陈云霞 申请人:北京航空航天大学