高精度加速度计温度特性及补偿方法

《高精度加速度计温度特性及补偿方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、高精度加速度计温度特性及补偿方法　第３９卷增刊　２０１５年１２月聂鲁燕，刘晓东，吴畏，于洪宇（天津航海仪器研究所，天津　３００１３１）摘要：主要介绍了高精度加速度计温度特性和温补方法，从理论上分析了温度对加速度计输出特性影响的机理，通过试验给出了加速度计输出模型温度系数。为了了解加速度计对温度最小变化分辨能力及大温度范围受温度变化影响的趋势，模型温度系数测试进行了在指定温度点最小温度间隔变化输出特性拟合，及大温度范围输出特性拟合。通过测试发现，加速度计输入对准角也随温度发生变化，且有一定的规律，为此在建立

2、加速度计输出温补模型时，加入了输入对准角受温度变化的参变量，这在以往温补模型报道中是没有的。为了验证温补模型的准确性，采用手动升降温的方法进行了实时温度补偿，结果达到了预期目的。关键词：加速度计；温度特性；模型方程；温度补偿中图分类号：１１０２文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８９１８（２０１５）Ｓ１－００３３－０４　　温度对加速度计性能的影响十分突出。笔者针对温度对加速度计精度影响的机理进行了分析；通———————————————————————————————————————————————过试验给出

3、了加速度计模型参数随温度变化的特性方程。加速度计外部温度补偿通常有两种方式：硬件补偿和软件补偿。硬件补偿主要是标度因数的温度补偿，采用与标度因数温度系数相反的温度系数电阻作为采样电阻。软件补偿利用建立的模型参数温度系数进行数值计算补偿。软件补偿不但考虑了标度因数随温度变化的补偿，还将偏值、输入对准角随温度的变化影响进行了补偿。对要求高稳定、高精度的加速度计，一般都考虑设置温控装置，温控精度越高，对加速度计高精度就越有利，但加速度计对温度的最小分辨能力也是提出温控精度的依据，因此对加速度计进行了大量温度特性

4、测试，给出了加速度计模型参数随温度变化最小敏感温度变化，由此提出合理的温控精度指标。图１　摆式加速度计工作原理方框　　图中结构参数为：Ｐ—摆性；ＫＮ—挠性铰链刚度；ＫＳ—传感器灵敏度；ＫＹ—力反馈回路增益；ＫＴ—力矩器标度因数；ＲＬ—力矩器线圈电阻；Ｒ０—电流采样电阻；Ｍ０—作用在检测质量上的常值干扰力矩；Ｂ—弹性恢复角；ΔＵ０—前置放大器输出电压；ΔＵ—力反馈回路输出电压。１．１　偏置Ｋ０温度特性由方框图１可知：偏值输出为：Ｋ０／Ｋ１＝１　加速度计温度特性分析——————————————————————

5、—————————————————————————依据摆式加速度计结构，其工作原理方框图如图１所示。ＫＮＫＮ１???ＫＮ·Ｂ＋ＭＰ＋ΔＵＳ＋ΔＵ０÷，（１）ＰèＫＳＳ·ＫＦ?对式（１）温度求导：?Ｋ０??Ｋ０??Ｐ??Ｋ０?ｄＢ?ｄＫＮ?＋?÷＋?ｄ?÷＝?÷?－÷÷＋ＰＢＫＫè?è１?è１?è１?èＮ??Ｋ０??ＫＮｄΔＵＳＫＳ?＋－?÷?÷＋ΔＵＳＫＳ?èＫ１?èＫＮ　　收稿日期：２０１５?１２?０４　　基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）项目（２０１１ＡＡ０６０５０１）·３４·物　探　

6、与　化　探３９卷　?ｄＫＮＵ０ＫＳｄＫＦ?（２）＋－－?÷，ＫΔＵＫＫèＮ０ＳＦ?从式（２）可以看出：与表体结构参数有关的有三项，?Ｋ０??÷è１?与线路有关的有两项，在设计时进行了充分考虑，尽可能使其受温度影响最低，但不可能完全消除，还需１．２　标度因数Ｋ１温度特性依据摆式加速度计静态平衡，惯性力矩平衡电磁力矩：Ｐ·ａｉ＝ＫＴ·Ｉ，ＩＰ＝，ａｉＴ———————————————————————————————————————————————（３）外部补偿。输出轴）加速度。因数、Ｋ２二次非线性系数和输入对准

7、角。测试温度从室温到＋８０℃，间隔２．５℃，了解此区间加速度计输出—温度特性。为了了解加速度计输出对温度敏感的最小分辨能力，在指定温度点附近，将温度间隔变化值由大到小进行温度特性试验。通过测试给出了最小温度敏感能力为０．１Ω，相对温度０．０３３℃（３．８５１Ω／℃）。对０．１Ω以内的温度变化没有条件实现（电阻箱最小提供电阻０．１Ω），有可能对温度敏感的分辨能力更小。温度补偿可以敏感０．０２６℃，若加速度计模型参数温度系数为１×１０－５／℃，通过温度控制，输出测试采用４点翻滚法计算出Ｋ０偏值、Ｋ１标度式中：

8、ＫＴ为力矩器标度因数；Ｉ为力矩器线圈通电电流。加速度计标度因数可认为：Ｋ１＝对式（４）温度求导：（４）补偿精度能提高到１０－７水平，提高了近２个数量级，若对温度敏感分辨能力达到０．００１℃，输出补偿精度提高到１０－８水平。温控精度指标依赖于对温度敏感分辨的最小能力，但不是控制精度越高越好。———————————————————————————————————————————————通过温度特性试验还发现，输入对准角与温度变化也