Динамический метод исследования погрешностей триады микромеханических акселерометров

• Автор: Дао Ван Ба
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ

1.1 Обзор инерциальных датчиков

1.1.1 Инерциальные датчики и системы

1.1.2 МЭМС инерциальные датчики

1.1.3 Области применения акселерометров.

1.1.4 Микромеханические акселерометры в задачах навигации

1.2 Традиционные методы и схемы испытания акселерометров

1.2.1 Статический режим испытания акселерометров
1.2.2 Динамические методы испытания акселерометров
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОД А ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТРИАДЫ
МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ
2.1 Системы координат и ускорение триады при сложном движении
2.1.1 Системы координат и матрицы поворотов
2.1.2 Входные воздействия на акселерометры при угловых колебаниях на двухосном стенде испытаний
2.2 Динамический метод исследования погрешностей триады микромеханических акселерометров
2.2.1 Алгоритм выработки кинематических параметров триады микромеханических акселерометров
2.2.2 Блок-схема алгоритма выработки кинематических параметров
2.2.3 Методическая погрешность
Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ВЫРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К СРЕДСТВУ ИСПЫТАНИЙ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТРИАДЫ ММА
ЗЛ Выработка требований к средству испытаний
ЗЛЛ Инструментальные погрешности средства испытаний
ЗЛ.2 Требования к средству испытаний
ЗЛ.З Выбор времени съема данных
3.2 Имитационное моделирование динамического метода исследования погрешностей триады ММА
ЗЛЛ Параметры моделирования
3.2.2 Результаты моделирования
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО МЕТОДА
4.1 Описание измерительного модуля и стенда испытаний
4.1.1 Описание измерительного модуля
4.1.2 Описание испытательного стенда
4.2 Экспериментальные исследования триады
микромеханических акселерометров
4.2.1 Установка измерительного модуля на стенде
4.2.2 Влияние температуры при включении модуля
4.2.3 Программа испытаний
4.2.4. Результаты исследований
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы: Области применений микромеханических
инерциальных датчиков непрестанно расширяются. Благодаря своим малым габаритным характеристикам, энергопотреблению и себестоимости, формируется новый сегмент рынка миниатюрных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). Микромеханические акселерометры (ММА) обеспечивают широкий диапазон измерений и точностные характеристики ИНС среднего класса. Однако требования к точностям инерциальных датчиков и систем на их основе при решении задач навигации и ориентации с каждым днем ужесточаются, что приводит к необходимости совершенствования методов их испытаний с целью получения достоверных математических моделей погрешностей, учитывающих динамические характеристики и условия дальнейшей эксплуатации.
Наиболее используемыми на сегодняшний день методами испытания акселерометров являются: методы с использованием вращающихся платформ (центрифуг), поворотов в гравитационном поле Земли, линейно перемещающихся платформ [1], скоростной метод [2], скалярный метод испытаний 3-х осных блоков взаимно ортогональных (триад) акселерометров [3, 4] и т.д. К их основным недостаткам следует отнести: 1) сложность конструкции; 2) жесткие требования к начальной выставке; 3) в ряде случаев отсутствие возможности оценивания углов взаимной неортогональности измерительных осей триады; 4) значительное время подготовки и проведения испытания.
Следует отметить, в первую очередь, тот факт, что триады ММА широко применяются на высокоманевренных объектах, характерной особенностью которых является непостоянство положения центра качения в приборной системе координат. Помимо этого, в большинстве случаев взаимное расположение ММА в триаде таково, что их оси чувствительности не

2.1.2 Входные воздействия на акселерометры при угловых колебаниях на двухосном стенде испытаний
В качестве математической модели, описывающей показания триады ММА, используется следующее выражение [44, 47, 53]
1 -Обу рг ИА ат
~КХ 0

wT 0 0 К

'У rz а 1 -Jz
~ßx Ту

ад ^х ъ* 1 W?
KyxWy KyyWy ад Wy ■ + W пУо + к
ад KzyWz ад -WZ. ** 1 4 I
(2.1)

Ki, (i=x,y,z) - масштабные коэффициенты (мВ/g);
Kü - коэффициенты нелинейности выходной характеристики (l/g);
Кф (#/) - коэффициенты перекрестных связей (l/g);
Wi0 - сдвиги нулей (мВ);
Щ(.пр - показания датчика (мВ);
Ц/ ш - шумовая составляющая показаний (мВ);
а у, ßz, ах, yz, ßx, у у - углы неортогональностей, характеризующие
положение измерительных осей акселерометров относительно осей Oxyz [рад].
Wj - входное воздействие.
В статическом (стандартном) методе испытаний, в качестве входного воздействия выступает проекции вектора ускорения свободного воздействия:

В отличие от существующих методов, в данной работе предлагается метод исследования триады ММА в режиме угловых колебаний. При этом, в проекциях вектора действующего ускорения на оси приборной системы