石英挠性加速度计温度补偿算法

石英挠性加速度是惯性导航系统核心的惯性器件之一,其输出精度受到温度变化的影响,为了降低温度对石英挠性加速度计精度的影响,在研究石英挠性加速度计数学模型的系数随温度变化规律的基础上,设计了加速度计温度模型辨识试验方法,利用数据拟合方法建立了加速度计温度模型。应用该模型提出了石英挠性加速度温度补偿算法,针对该算法的有效性,进行了实验验证,结果表明应用该温度补偿算法,可使加速度计的测量精度提高一个数量级,补偿效果明显。该温度补偿算法可有效地应用于捷联式惯性导航系统等领域中。     

石英挠性加速度计温度建模和补偿

为降低环境温度对石英挠性加速度计测量精度的影响,从工程应用角度设计了加速度计温度建模试验环境和试验方法.为加速度计设计独立的温控装置,验证了加速度计温度特性具有重复性的基础上,在多个温度点下采用四位置翻滚试验对加速度计进行标定,利用线性拟合方法建立了加速度计零偏和标度因数的温度模型.应用该模型对加速度计进行温度补偿后,可使加速度计的测量稳定性精度提高5.55倍.将所建温度模型应用于捷联式惯性导航系统中,可有效提高系统的导航精度.     

基于神经网络的石英加速度计的二维时、温漂移补偿

针对捷联惯导系统中石英挠性线加速度计输出偏值在快速启动和不同温度条件下漂移较大的问题,从理论和大量试验上研究了其静态时、温漂特性,提出了采用LM算法的BP神经网络进行二维补偿的方法。将工作时间和观测温度作为输入变量,其偏值输出电压作为目标信号通过网络训练得到该状态下的估计量进行补偿,算法具有收敛速度快、对初始值的设定鲁棒性强的特点。训练完成后,采用建立数据库的方法,供直接调用,其数据读取硬件延时为微秒级,完全满足系统实时应用要求。试验结果表明,该方法拟合的零位漂移最大误差为4.9882×10-6,较传统最小二乘法提高了近一个数量级。     

基于比力差分测量的加速度计温度误差补偿方法

针对温度变化引起的惯导系统中石英挠性加速度计测量误差,提出了一种基于比力差分测量的加速度计温度误差补偿方法。首先,建立包含温变速率影响的温度误差模型,利用标定惯导系统加速度计参数时的温度作为标定参数温度基准。其次,借助不带转台的温箱对惯导系统进行全温测试,通过同一方位前后时间段加速度计输出的差分消除未知的比力真值,只保留由于温度改变引起的标度因数与零偏变化,通过多位置观测对这两项参数进行最小二乘拟合估计,获得对应温度系数。该方法不需要温箱具备高精度定位基准,能够实现全温范围与快速变温工作条件下温度误差的精确建模。试验结果表明,应用该补偿方法可使加速度计测量精度在全温范围内保持在10μg量级。     

验证石英加速度计误差模型的火箭橇试验

火箭橇试验具有产生大过载、高速度、强振动和冲击等综合条件的能力,可以在综合环境条件下对惯性测量装置的误差模型进行验证.文中主要针对高精度捷联系统中的石英加速度计,利用3Km火箭橇轨道,根据误差模型的特点以及误差系数的可观性设计了过载曲线和安装方式.分析了雷达测速不能满足外测精度的要求,对遮光板测速精度和定位精度分别进行了分析.遮光板测速对布点之间的最小距离有严格的限制,而定位的优点是对最小距离没有要求.从仿真结果来看,在外测采用遮光板时,测距精度对石英加速度计的误差系数分离置信度大于测速精度.因此,利用火箭橇试验验证石英加速度计误差模型时,应该采用遮光板的位置信息,遮光板的布点之间距离应尽可能小.     

BK14-2型压电石英加速度计的研究

本文利用压电石英晶体谐振器进行加速度计的研究，采用石英晶体谐振器作为测量惯性力的敏感元件，利用石英晶体谐振器的压电效应，通过敏感惯性力进而实现对线加速度的测量。结果表明该加速度计具有良好的线性和稳定性，测量范围±４０ｇ，线性度优于１０－４，灵敏度大于４００Ｈｚ／ｇ。     

高精度单晶硅挠性摆式加速度计组件的工程化实现

针对单晶硅挠性摆式加速度计的高精度工程化应用需求,设计了加速度计组件及温控系统。针对大多数温控系统工作时的瞬时电流较大问题,设计了一种带抽头的加热片,将温控分为粗温控和精温控两个阶段,不同阶段采用不同的加热电阻。测试结果表明,设定目标温度为60℃,当外界环境温度从5℃到55℃变化时,温控系统到温时间小于15 min,控温精度小于±0.1℃,精温控时的最大电流为粗温控时的33.4%。连续15天通电实验表明,该组件的加速度计刻度系数K1稳定性小于10×10~(-6),偏值K0稳定性小于10μg,满足各类高精度、工程化的应用需求。     

基于微粒群算法优化支持向量机的加速度计静态模型辨识

针对加速度计静态模型采用线性近似模型辨识存在较大误差的问题,利用支持向量回归在小样本、非线性及高维特征空间中具有很好的推广能力的优点,提出了一种利用支持向量回归进行加速度计静态模型辨识的方法.为了避免随机试凑法识别支持向量回归参数费时的问题,采用高效的并行搜索算法-微粒群算法进行支持向量回归参数优化.利用精密光学分度头对石英挠性加速度计进行了12位置静态翻滚试验,试验结果表明所提方法可以精确地对石英挠性加速度计静态模型进行辨识,其模型精度比最小二乘辨识法的模型精度提高一倍以上.     

基于频域的挠性摆式加速度计表头参数辨识方法

鉴于挠性摆式加速度计表头频率特性的传统振动台测试方法存在低频和高频段的动态误差较大的缺点,给出了系统开路和闭合两种状态的电激励测试方法;在此基础上,针对挠性摆式加速度计表头参数的理论计算值和实际工作状态有一定的误差,研究并提出了基于频域的Levy法和山下法的表头参数辨识方法,并运用Householder变换解决了辨识过程中的病态问题.实验和辨识结果表明,电激励测试的方法更便于实验和在线动态测试,而且这种通过利用实测的频率特性来反推辨识表头参数的方法,有着很高的辨识精度和工程实用价值.     

基于小波最小二乘支持向量机的加速度计温度建模和补偿

针对环境温度影响加速度计测量精度的问题,给出了温度对石英挠性加速度计零偏和标度因数的影响机理,提出采用小波最小二乘支持向量回归建立石英挠性加速度计零偏和标度因数的温度模型的方法。为了验证模型的有效性,进行了多个温度点下的参数标定试验,所获取的各温度点下的石英挠性加速度计零偏和标度因数作为小波最小二乘支持向量机模型的训练数据;将石英挠性加速度计固定在某一位置进行了升温试验,通过对比未进行温度补偿、最小二乘温度补偿和小波最小二乘支持向量回归温度补偿下石英挠性加速度计的输出,计算结果表明采用小波最小二乘支持向量机补偿后的石英挠性加速度计的测量精度最高。     

基于物联网的MEMS加速度计测试分析系统设计

加速度计性能远距离测试及对测试数据同时进行自动保存和自动分析处理是经常遇到的工程问题。针对这一问题,提出了基于物联网的加速度计测试分析方法。应用物联网技术设计了加速度计数据远程自动采集系统,并实现了测试数据网络共享功能。应用线振动试验法实现了单轴MEMS加速度计的性能自动测试,应用多项式拟合方法建立了加速度计的二阶误差修正模型。应用虚拟仪器软件和工程数据库技术设计了网络环境下的测试系统软件,并实现了对实验数据的自动储存、显示、查询、删除、实验报表打印与自动分析处理功能。实验结果表明测试系统实现了远程加速度计性能测试及实验数据自动保存和自动分析功能。     

基于电子散斑干涉法的高弹性连轴器挠性杆位移分析

本文重点讨论了应用电子散斑干涉法测量弹性元件的挠曲线的方法.将电子散斑测量离面位移的光路引入到高弹性连轴器挠性杆的横向弯曲变形测量中.新的离面位移测量光路并结合相移技术是其特点.首先采用类似于麦克尔逊式光路的方式将物光和参考光垂直分布,使得离面位移的结果是直接并且是纯粹的获得;其次,固体泵浦激光的相干长度很长,从而在设计光路时带来了便利,光路可以很紧凑而不考虑物光与参考光的光程差;最后,在参考光路中引入精密的PZT相移器,从而实现了位相技术,使得测量的结果能数字化输出.电子散斑干涉方法在光学非破坏性检测领域得到了广泛的应用,采用电子散斑干涉技术可以测量物体的变形、位移、振型等.该方法具有实时显示、全场非接触测量、精度和灵敏度高、采用位相技术可以方便的实现测量结果的数字化等优点.本文采用电子散斑干涉结合相移技术,得到了的数字化结果,再和有限元模拟计算进行了比较,证明了方法的正确性.     

基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设计与实现

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。频率信号的高精度采集和系统参数补偿是提高硅微谐振加速度计性能的重要手段之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从双路差动频率信号的精确采集和系统误差参数补偿角度出发,分析了数据采集的原理,提出了一种高精度硅微谐振加速度计用数据采集与参数补偿方法。给出了设计思路和电路实现方法,讨论了误差来源与改进方法。所设计的数据采集系统针对中心频率18 k Hz.,标度因数400 Hz/g,量程±20g的加速度计,数据更新周期200 ms下频率分辨率为0.0005 Hz,等效加速度分辨率达到1.25μg。测试表明,补偿后的硅微谐振加速度计,在全温(-40~+70℃)内,K0温度系数从262μg/℃降低到29.9μg/℃,K1变化量从4.18%降低到2.04‰,全量程非线性从7.16‰降低到0.128‰,系统参数满足设计指标。     

基于X射线衍射法的含石英脉硅质板岩封闭应力测量

岩石在冷却和漫长的地质演化过程中会有应力被封闭其中,岩石中存在封闭应力的现象逐渐被人们所认识。为揭示岩石封闭应力的存在形式,利用X射线衍射仪,对含石英脉硅质板岩样品采用侧倾固ψ法测量并计算了封闭应力的量值,确定了封闭应力的主应力。研究发现：含石英脉板岩样品测试石英脉区域石英粒径约40 μm;在衍射角152°~156°扫描范围具有良好的独立衍射峰,获得的不同ψ时的（324）晶面衍射图谱,其衍射峰偏移方向具有一致性,证明了封闭应力的存在;石英脉测量点的封闭应力为压应力,最大主应力平行脉体走向（22.71 MPa）,最小主应力垂直脉体走向（12.97 MPa）;基体测点中未测得2θ–sin²ψ线性相关规律。本文所提出的封闭应力的测量方法可为后续开展不同类型岩石封闭应力的观测和相关研究提供参考。

     

基于RBF神经网络的天线姿态测量系统设计

基于MEMS陀螺仪的测姿系统体积小、成本低,但较低的陀螺精度无法保证系统长期工作.采用Kalman滤波技术将陀螺仪和加速度计、磁强计信息相融合,可保证系统的长期精度.船舶机动行驶引入的干扰加速度会造成Kalman滤波精度降低,为了克服这一不足,利用神经网络的自学习能力,采用径向基神经网络设计船用天线的微型捷联测姿系统,以提高船舶机动航行时的系统精度.阐述了组合式捷联姿态系统算法原理,并通过仿真试验结果证明:训练后的网络能够克服干扰加速度的影响,保证系统稳定工作.     

基于遗传RBF网络的惯性测量组合模拟电路故障诊断

为解决惯性测量组合模拟电路的诊断不易定位到元件级故障的问题,提出了一种基于遗传RBF网络的智能诊断方法。该方法首先利用RBF神经网络快速准确识别故障的能力,以RBF的训练均方误差为遗传算法的适应度函数,依靠遗传算法强大的全局寻优能力实现故障特征选择。在特征选择的过程中,同时记录使训练均方误差达到最小的最优RBF网络,然后直接利用特征选择过程中训练好的最优RBF网络诊断故障,而无需利用特征选择后的训练数据对RBF网络进行再训练,简化了诊断步骤,同时增强了网络的抗干扰能力。仿真结果表明,该方法能有效去除冗余特征,准确诊断惯性测量组合模拟电路的故障,并有较好的抗噪能力,证明了该方法的有效性和可行性。