專利名稱：三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三軸微加速度計(jì)特定參數(shù)的測試方法，特別涉及三軸微加速度軸心差角的測試方法，具體為三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法。
背景技術(shù)：
隨著微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)的發(fā)展，微加速度計(jì)的研究取得了令人矚目的進(jìn)步。常見的微加速度計(jì)產(chǎn)品都是單軸的，而微慣性系統(tǒng)以及其他一些應(yīng)用場合往往需要雙軸或者三軸的加速度計(jì)來檢測加速度矢量。
由于加工、封裝、安裝等引入的誤差，加速度計(jì)的實(shí)際輸入敏感軸與其給定的輸入?yún)⒖驾S往往不一致，它們之間的夾角稱為軸心差角。為了保證靜態(tài)測試過程中的精確性，在測試之前確定加速度計(jì)的軸心差角是很有必要的?，F(xiàn)有的有關(guān)微加速度計(jì)軸心差角測試方法的書籍有董景新編著的《微慣性儀表——微機(jī)械加速度計(jì)》(清華大學(xué)出版社出版)。書中提出了用精密光學(xué)分度頭實(shí)現(xiàn)微機(jī)械單軸加速度計(jì)的軸心差角的兩點(diǎn)測試方法，具體步驟如下將單軸微加速度計(jì)固定于分度頭夾具上，使單軸微加速度計(jì)上給定的輸入?yún)⒖驾S保持水平且垂直于分度頭的水平軸線，此時相對于給定的輸入?yún)⒖驾S輸入的加速度為0g；將分度頭旋轉(zhuǎn)θ1角(即使單軸微加速度計(jì)的輸入?yún)⒖驾S與水平成夾角θ1)，記錄此時微加速度計(jì)的電壓輸出V。將分度頭旋轉(zhuǎn)180°，在其附近尋找另一位置，使微加速度計(jì)的電壓輸出仍為V，記錄此時分度頭的角度輸出θ2。檢查θ2-θ1是否等于180°或-180°，如果相等，則θ1即為加速度計(jì)的軸心差角；如果不等，將分度頭的初始位置調(diào)整為 然后在重復(fù)以上步驟，在0°和180°附近反復(fù)尋找，調(diào)整，直至微加速度計(jì)兩次(即在θ1、θ2兩位置上)電壓輸出相同時，θ2-θ1等于180°。此時的θ1就是加速度計(jì)的軸心差角。
上述的兩點(diǎn)測試法要不斷反復(fù)尋找、測量，花費(fèi)比較多的時間，測試速度比較慢，比較麻煩。
目前三軸微加速度計(jì)的軸心差角沒有具體的測試方法，也未見相關(guān)的文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前沒有測試三軸微加速度計(jì)軸心差角的具體方法的現(xiàn)狀，提供一種三軸微加速度計(jì)軸心差角的測試方法——三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法。
本發(fā)明也利用精密光學(xué)分度頭實(shí)現(xiàn)對三軸加速度計(jì)軸心差角的測試。
根據(jù)董景新編著的《微慣性儀表——微機(jī)械加速度計(jì)》(清華大學(xué)出版社出版) 書，在分度頭上，單軸微加速度計(jì)的簡化數(shù)學(xué)模型為U(θ)＝K0+K1sin(θ+θ0)+K2sin2(θ+θ0)其中，θ為單軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖驾S垂直于分度頭軸線狀態(tài)固定于分度頭夾具上時，給定的輸入?yún)⒖驾S的水平夾角；θ0為單軸加速度計(jì)的軸心差角；U(θ)為不同水平夾角時單軸微加速度計(jì)的輸出電壓值。
當(dāng)θ為0°，90°，180°，270°時，U(0°)＝K0+K1sin(θ0)+K2sin2(θ0) (1)U(90°)＝K0+K1cos(θ0)+K2cos2(θ0) (2)U(180°)＝K0-K1sin(θ0)+K2sin2(θ0)(3)
U(270°)＝K0-K1cos(θ0)+K2cos2(θ0)(4)由式(1)、(2)、(3)、(4)可推導(dǎo)出 根據(jù)式(5)，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法，將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Y平面上分量的正切值；再將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Z平面上分量的正切值；X軸的實(shí)際軸心差角(即空間軸心差角)的正切值tanθ0=(tanθ0xy)2+(tanθ0xz)2.]]>上述給出的是測量X軸軸心差角的測試方法。Y軸和Z軸軸心差角的測量方法與X軸軸心差角的測試方法相同，即通過改變?nèi)S微加速度計(jì)在分度頭上的固定方向，就可測得Y軸和Z軸的軸心差角。
本發(fā)明首次提出了利用精密光學(xué)分度頭測試三軸加速度計(jì)軸心差角的測試方法。該方法操作簡單，通過對幾個固定位置的輸出參數(shù)的測量，即可得到各軸的軸心差角且測量結(jié)果精確，與現(xiàn)有測試方法相比避免了大量反復(fù)尋找、測試的過程。


圖1為三軸微加速度計(jì)X軸軸心夾角在X-Y平面測試的測試過程示意圖；圖2為三軸微加速度計(jì)X軸軸心夾角在X-Y平面測試的測試過程示意圖；圖3為光學(xué)分度頭的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法，將三軸微加速度計(jì)(2)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線(H)、給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA平行于分度頭軸線(H)的狀態(tài)固定于分度頭夾具(1)上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Y平面上分量的正切值；再將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Z平面上分量的正切值；X軸的實(shí)際軸心差角(即空間軸心差角)的正切值tanθ0=(tanθ0xy)2+(tanθ0xz)2.]]>通過臺面插座和臺體插座(通常通過滑環(huán)連接)將電源輸入到加速度計(jì)，并將加速度計(jì)的輸出電壓引出到高精度電壓表測量端。
將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的Y軸電壓輸出U(0°)Y、U(90°)Y、U(180°)Y、U(270°)Y，根據(jù)公式 可得到Y(jié)軸軸心差角在Y、X平面上分量的正切值；再將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的Y軸電壓輸出U(0°)Y、U(90°)Y、U(180°)Y、U(270°)Y，根據(jù)公式 可得到Y(jié)軸軸心差角在Y、Z平面上分量的正切值；Y軸的實(shí)際軸心差角(即空間軸心差角)的正切值tanθ0=(tanθ0YX)2+(tanθ0YZ)2.]]>將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的Z軸電壓輸出U(0°)Z、U(90°)Z、U(180°)Z、U(270°)Z，根據(jù)公式 可得到Z軸軸心差角在Z、X平面上分量的正切值；再將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的Z軸電壓輸出U(0°)Z、U(90°)Z、U(180°)Z、U(270°)Z，根據(jù)公式 可得到Z軸軸心差角在Z、Y平面上分量的正切值；Z軸的實(shí)際軸心差角(即空間軸心差角)的正切值tanθ0=(tanθ0ZX)2+(tanθ0ZY)2.]]>
權(quán)利要求
1.一種三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法，其特征為將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糧軸ZRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Y平面上分量的正切值；再將三軸微加速度計(jì)以給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA垂直于分度頭軸線、給定的輸入?yún)⒖糦軸YRA平行于分度頭軸線的狀態(tài)固定于分度頭夾具上，旋轉(zhuǎn)分度頭，使給定的輸入?yún)⒖糥軸XRA的水平夾角θ分別為0°、90°、180°、270°，分別測出對應(yīng)的X軸電壓輸出U(0°)X、U(90°)X、U(180°)X、U(270°)X，根據(jù)公式 可得到X軸軸心差角在X、Z平面上分量的正切值；X軸的實(shí)際軸心差角的正切值tanθ0=(tanθ0xy)2+(tanθ0xz)2.]]>
全文摘要
本發(fā)明為三軸微加速度計(jì)軸心差角的四點(diǎn)測試方法，涉及三軸微加速度軸心差角的測試方法。本發(fā)明解決目前沒有測試三軸微加速度計(jì)軸心差角的具體方法的問題。將三軸微加速度計(jì)以被測軸垂直于分度頭軸線、其它兩軸分別平行于分度頭軸線的方向固定于分度頭夾具上，分別測出被測軸水平夾角為0°、90°、180°、270°時的加速度計(jì)對應(yīng)于被測軸的電壓輸出，代入相應(yīng)公式即可測得被測軸的軸心差角。本發(fā)明首次提出了利用精密光學(xué)分度頭測試三軸加速度計(jì)軸心差角的測試方法。該方法操作簡單，通過對幾個固定位置的輸出參數(shù)的測量，即可得到各軸的軸心差角且測量結(jié)果精確，與現(xiàn)有測試方法相比避免了大量反復(fù)尋找、測試的過程。
文檔編號G01P21/00GK1687792SQ200510012518
公開日2005年10月26日 申請日期2005年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月15日
發(fā)明者張文棟, 秦麗, 熊繼軍, 劉俊, 薛晨陽, 石云波, 秦海濤 申請人:中北大學(xué)