基于双离心机的正弦加速度数学模型的建立

基于双离心机的线加速度计动态校准是加速度计动态校准的一种新方法,该校准方法的核心是在被校加速度计检测质量的质心处产生标准的动态加速度,如正弦加速度。文中通过推导建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型,为线加速度计的动态校准提供了理论依据。介绍了双离心机的组成原理,分析了被校加速度计检测质量质心处绝对加速度的来源,并采用矢量合成法对相对加速度、牵连加速度和哥氏加速度进行合成得出了绝对加速度的表达式,建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型。文中还对基于双离心机的线加速度计动态校准装置和线振动台进行比较,指出了前者在线加速度计动态校准中的优点。     

基于矢量分解原理的三轴加速度计同步冲击标定方法

如何沿空间三坐标轴方向激励能够被准确追溯和计量的三分量同步冲击载荷是三轴加速度计标定技术中的核心和关键。为实现对大量程(10²g～10⁴g)三轴加速度计的同步冲击标定,采用跌落台配合冲击放大器激励沿竖直方向的单轴冲击载荷,借助设置有倾斜面的砧座并基于矢量分解原理,将沿竖直方向激励的单轴冲击载荷分解到以特定姿态安装的三轴加速度计的各敏感轴上,以此实现了三分量冲击载荷的同步激励与三轴加速度计的同步冲击加载。采用高速相机结合MATLAB图像处理的方法,对冲击标定过程中三轴加速度计各敏感轴输入的加速度进行了计量。基于最小二乘原理与矩阵微分,对同步标定中三轴加速度计包含主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数的灵敏度矩阵进行了求解。对单轴依次标定和同步标定后三轴加速度计的泛化测量精度进行了对比。研究结果表明：采用基于矢量分解原理的同步冲击载荷激励方法可实现对三轴加速度计各敏感轴的同步冲击加载;基于高速相机与MATLAB图像处理的测量方法作为一种绝对光学测量法应用于加速度计冲击标定中,对加速度的测量具有可行性和有效性;同步标定相对单轴依次标定可提升三轴加速度计的...     

加速度计的离心加速度场翻滚校准方法

针对现有加速度计校准方法的不足,提出了一种在大于1g的离心大加速度激励下加速度计的多位置翻滚校准方法。建立了加速度计在离心加速度场翻滚校准的数学模型,研究了加速度计的离心加速度场翻滚校准方法,给出了离心加速度场翻滚校准步骤,并采用石英加速度计进行了离心加速度场的十二位置等多位置翻滚校准试验,获得了大g值激励下加速度计的安装误差、交叉耦合系数等模型方程系数。采用本方法进行校准,校准状态更接近加速度计实际使用状态,因而校准获得的模型方程系数用于修正后,将提高加速度计的测量精度。     

微惯性传感器建模及冲击响应分析

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题，重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点，建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型，得出了微加速度计和微陀螺在半周正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应解析解，并采用有限元分析软件ANSYS验证了该解析解的正确性。此冲击响应解析解对预测微惯性传感器在冲击环境下的可靠性具有重要作用。     

基于激光干涉的微重力加速度测量方法

为了研究环境的微重力水平及其对科学实验的影响,通常使用石英挠性或静电悬浮等力平衡式加速度计测量微重力大小,但两者都属于相对加速度测量,石英挠性加速度计有偏值,精度有限,静电悬浮式则量程较小。受绝对重力仪的启发,提出使用激光干涉方式测量绝对微重力的方法,以期取得更好的测量精度。相较于传统的微重力测量手段,通过改进的马赫-曾德尔干涉方法,周期性测量目标质量块的绝对位移,进而通过软件拟合,得到微重力加速度变化值。首先采用数值仿真模拟落塔运行过程中运行状态、微重力来源以及误差来源,定性分析其运动过程。指标分析与仿真表明微重力加速度测量频率在100 Hz时,精度可以达到测量值的10-4量级,在1 Hz时,精度可以达到测量值的10-6量级。研制了地面样机,进行了重力加速度的实验,以及通过小型落塔设备进行的微重力实验,通过信号处理,解算实际加速度值,并与理论值进行比较。微重力实验结果验证了利用激光干涉仪测量微重力加速度的可行性。     

采用GRIN透镜的数字式光纤加速度计系统设计

为使测量加速度计的传感器小型化，且不受电磁干扰，根据GRIN透镜在1／4波节处具有入射光线与出射光线成中心对称的特性^[1]，首次提出并研制了采用GRIN透镜制成的微型光纤加速度计。闭环负反馈电路设计技术被应用于该加速度计中，使之成为一个具有调宽脉冲再平衡性能的新颖加速度测量系统。对该系统进行的数字仿真和精度定量分析表明：该光纤加速度计具有测量线性范围宽，精度高的特点，可广泛应用于惯性测控系统中。     

精密离心机主轴回转误差对加速度计输入精度的影响

介绍了用4个位移传感器法测试精密离心机主轴径向回转误差和倾角回转误差的方法，计算了主轴回转误差中一次谐波，它包括圆锥运动和一次谐振运动，对一次谐波如何影响精密离心机中的向心加速度及其在加速度计坐标系下的分配作了详细分析，同时对重力加速度分配的影响也作了详细的分析。最后得出了被测加速度计的输入加速度的平均值的补偿方法，进一步提高了加速度计的输入精度。通过对离心机主轴回转误差运动的检测和测试，定量分析了对加速度计输入精度的影响，有助于提高加速度计的标定精度。     

高g值加速度计的设计与冲击特性分析

针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2V/g,线性度5%左右;结构受到2105g冲击后完好且输出信号正常,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统。 更多还原     

动态拉伸冲击载的实现和动态参数测试

拉伸冲击载通过本文的一套装置得到实现.利用两类传感器和前置放大装置,记录了一种含内表面环向缺陷的管子的动载荷和裂尖所在位置管子外缘处的动应变,这为断裂动力学的理论研究提供了数据.     

反分析法在结构冲击动力响应实验中的应用

为了解决由于测量条件限制而产生的接触力难于测量的问题,利用近年发展起来的反分析法,并结合计算机模拟技术,给出了一种解决结构受到强冲击载荷时测量冲击力的通用方法。并将该方法应用到对压力管道耐撞性侧向冲击实验中冲击力的校核,给出了该冲击系统的传递函数h(t)。在实验测量值的基础上,得出了较为精确的冲击力时程曲线,从而验证了该方法的实用性。     

基于遗传算法的加速度计免转台标定方法

针对现有的加速度计标定方法依赖于昂贵的仪器设备,导致标定成本高,提出一种低成本、操作简单的加速度计免转台标定方法。该方法通过对原始数据进行预处理,将标定问题转化为优化问题,采用遗传算法进行最优化求解得到补偿参数。通过对比试验得到:两种方法的标定相对误差在0.5%(标度因素)、3%(零偏);两种方法标定后通过加计姿态角提取的水平角误差在0.2°左右。结果表明,加速度计通过该方法经过补偿后,能够得到与传统转台标定方法相同数量级的测量精度,该方法可以有效替代传统标定方法,简化标定步骤,降低标定成本,具有重要的理论及使用价值。     

A traceable dynamic force transducer

A traceable dynamic force measurement system built at the National Physical Laboratory (NPL) for the frequency range of 0.1 to 100 Hz, is described. The strain on a load-cell element was measured by two independent methods, both calibrated in the static force standard at the NPL. All instrumentation and the measurement system for determination of the dynamic amplitudes were calibrated dynamically against reference sine waves. The load cell was then tested dynamically in a servohydraulic machine and the two force outputs compared. The two methods of strain measurement chosen were the strain gage and a capacitance gage, designed to measure the strain in as diverse a way as possible from the strain gages. Two load cells were built, with steel and aluminum elements. The strain-gage bridge was d-c excited, amplified, filtered and digitally sampled. The capacitance gage was a-c excited from a commercial capacitance bridge, which was calibrated by the injection of reference signals at the sideband frequencies. This technique is in principle applicable to any a-c excited instrumentation. The measurement system consisted of a digital storage oscilloscope, coupled to a computer. The force amplitudes were measured by cross correlation against sine waves generated in software at the frequency of the applied force. Comparison of the two methods of strain measurement and detection of systematic errors caused by the dynamic response of the capacitance electrodes lead to the determination of the uncertainty of dynamic force measurement. This was calculated to be ±0.4 percent over the frequency range of 0.001 to 100 Hz. The thermoelastic effect was also visible at frequencies below 0.1 Hz. Paper was presented at the 1989 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics held in Cambridge, MA on May 28–June 1.     

基于深度学习技术的激波风洞智能测力系统研究

高焓条件气动力测量试验对高超声速飞行器气动外形设计和优化起决定性作用. 通常采用脉冲风洞(如激波风洞)产生高温、高压驱动气体以模拟高超声速高焓试验气流. 在脉冲风洞对高超飞行器模型进行测力试验时, 测力天平输出信号结果无法摆脱惯性载荷的干扰影响, 其导致的测力模型低频振动问题基本无法通过滤波彻底解决, 尤其对试验时间只有几毫秒的情况, 六分量测力天平的结构设计研究受到了极大挑战. 因此, 对实现短试验时间条件高性能测力的深入研究发现, 天平动态校准凸显重要性和必要性. 本研究提出一种新的基于人工智能深度学习技术的单矢量动态自校准方法和智能测力系统概念, 并应用于目前激波风洞测力试验中. 该动校方法的最主要特点之一是对整体测力系统的校准, 而非仅仅针对天平, 并且保证校准的测力系统即为风洞试验对象, 确保校准与应用的一致性. 在测试评估中, 测试样本和风洞试验验证均得到了较为理想的效果, 大幅度低频振动干扰基本被消除, 脉冲风洞测力的精度和可靠性得到了大幅提高.      

爆炸容器内小药量实验动态标定压力传感器

在爆炸容器中进行小药量空中爆炸实验, 利用传感器序列测量冲击波速度, 根据冲击波Rankine-Hugoniot关系获得测点近似理论峰值压力, 从而实现压力传感器的标定, 获得的灵敏度相对误差较小。同时测量了相应的冲击波参数, 并利用Modified-Friedlander公式进行数据后处理, 结果表明固定超压拟合更接近物理事实, 固定正相时间拟合也具有较高精度。最后进行了误差分析, 发现不同传感器特性及数据后处理方法都会带来一定误差。实验结果表明这种测量和后处理方法具有较高的精度, 可以同时标定传感器和测量冲击波参数。     

DEEP-LEARNING-BASED INTELLIGENT FORCE MEASUREMENT SYSTEM USING IN A SHOCK TUNNEL 1)

高焓条件气动力测量试验对高超声速飞行器气动外形设计和优化起决定性作用. 通常采用脉冲风洞(如激波风洞)产生高温、高压驱动气体以模拟高超声速高焓试验气流. 在脉冲风洞对高超飞行器模型进行测力试验时, 测力天平输出信号结果无法摆脱惯性载荷的干扰影响, 其导致的测力模型低频振动问题基本无法通过滤波彻底解决, 尤其对试验时间只有几毫秒的情况, 六分量测力天平的结构设计研究受到了极大挑战. 因此, 对实现短试验时间条件高性能测力的深入研究发现, 天平动态校准凸显重要性和必要性. 本研究提出一种新的基于人工智能深度学习技术的单矢量动态自校准方法和智能测力系统概念, 并应用于目前激波风洞测力试验中. 该动校方法的最主要特点之一是对整体测力系统的校准, 而非仅仅针对天平, 并且保证校准的测力系统即为风洞试验对象, 确保校准与应用的一致性. 在测试评估中, 测试样本和风洞试验验证均得到了较为理想的效果, 大幅度低频振动干扰基本被消除, 脉冲风洞测力的精度和可靠性得到了大幅提高.     

低成本IMU的多位置旋转现场标定方法

针对低成本IMU的系统误差难以现场快速标定问题,提出了一种无需任何外部设备辅助的多位置旋转现场标定方法。该方法通过比力加速度与重力建立加速度计的误差模型,基于动态旋转以及标定后的加速度建立导航方程实现陀螺仪误差建模,使用改进的LM算法,实现低成本IMU误差参数的快速标定。实验结果表明:该方法可以有效地标定出加速度计和陀螺仪的安装误差、缩放因子和零偏误差,极大地简化了标定的过程,标定补偿后的IMU原始数据质量大幅提高,在100 s的静态导航试验中,x、y、z的定位精度分别从2541.547m、895.191m、7267.507m提升至80.229m、41.430m、99.832m。     

静电加速度计悬浮质量块质心偏移量在轨标定

高精度静电加速度计已广泛地应用于航天任务中,用于测量作用于航天器的非引力加速度。如果静电加速度计悬浮质量块的质心与航天器的质心安装有偏差时,重力梯度力、姿态耦合产生的干扰加速度,静电加速度计控制系统引入的干扰加速度等干扰力会夹杂在测量数据中。针对这一问题,研究了航天器小质量特性变化情况下,当静电加速度计处于动态设计良好并进入稳态后,利用静电加速度计、陀螺仪和磁强计作为敏感元件,基于非线性卡尔曼滤波理论的静电加速度计悬浮质量块质心偏移量的在轨标定。仿真结果表明,该方案的精度J向可以达到0．1mm,Y和Z向能达到0．04mm。     

外场条件下激光捷联惯组多位置标定方法精度分析

从标定算法误差和位置编排对标定精度的影响两个方面对外场激光惯组多位置标定方法的标定精度进行了分析。证明多位置标定中由粗对准姿态角代替精确姿态角所产生的误差为二阶小量,而对加表等效天向误差和陀螺等效北向误差的估计误差会直接影响标定精度。数学仿真表明对于加表零偏10-4g,加表标度因数10-4和陀螺零偏10-2 deg/h数量级的激光惯组,该多位置标定方法的估计精度高于相应误差参数本身2个数量级,说明该方法具有较高精度。在优化位置和非优化位置条件下,多位置标定方法精度的仿真结果在同一个数量级,说明该多位置标定方法对位置编排不敏感。     

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。