一种使用引力梯度测试加速度计分辨率的方法

摘要

本发明公开了一种使用引力梯度测试加速度计分辨率的方法，该方法的测试装置由引力产生装置、转台和微弱信号处理电路组成，加速度计安装在转台上，转台以稳定速度旋转，加速度计对引力产生装置进行引力信号检测，微弱信号处理电路对加速度计的输出信号进行处理后得到引力梯度数值，由引力梯度数值与加速度计的输出信号之间的一一对应关系，得到加速度计的输出信号。通过改变引力产生装置的位置状态，测量加速度计的输出信号值的变化，由GJB1037-2004，当两个位置实际输出信号的变化值与理论输出信号变化值的比值大于50％时，得到加速度计的分辨率。本发明可作为高精度加速度计分辨率的测试方法，尤其适用于分辨率优于0.1μg的加速度计的测试。

主权项

一种使用引力梯度测试加速度计分辨率的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)构建包括引力产生装置、转台和微弱信号处理电路的加速度计分辨率测试装置；所述加速度计安装在转台的台面上，加速度计的输入轴方向沿转台台面的切向方向，且平行于转台的台面；微弱信号处理电路安装在转台的台面上，当转台以恒定的角速度匀速旋转时，微弱信号处理电路采集加速度计的输出信号并对其进行处理，得到引力产生装置的引力梯度；引力产生装置为合金制成的球体，相对转台可移动，引力产生装置的中心和转台台面的圆心始终位于同一水平线上；(2)为转台、微弱信号处理电路和加速度计上电，使转台以角速度ω匀速旋转，基于转台建立东北天地理坐标系OXYZ，坐标原点是转台台面的圆心；(3)将引力产生装置放置在位置1处，测量得到此时引力产生装置的中心相对于坐标系OXYZ原点的距离向量(L₁,0,0)；(4)加速度计根据周围一切物体作用于加速度计的引力加速度a₁产生电流信号E₁，微弱信号处理电路采集加速度计的电流输出信号E₁并对其进行处理，得到周围一切物体的引力梯度Γ_xy1和Γ_xx1‑Γ_yy1；(5)根据步骤(4)得到的引力梯度Γ_xy1和Γ_xx1‑Γ_yy1、转台匀速旋转的角速度，利用如下公式计算加速度计的输出信号E₁：$E_1=A_1\mathrm{Sin}\left(\mathrm{\omega t}\right)+\frac{\mathrm{KR}}{2}\sqrt{{({\Gamma }_{\mathrm{xx}1}-{\Gamma }_{\mathrm{yy}1})}^2+{\left({2\Gamma }_{\mathrm{xy}1}\right)}^2}\mathrm{Sin}\left(2\mathrm{\omega t}\right)$其中，A₁为定值，K为加速度计的标度系数，t为加速度计随转台旋转运行的时间，R为加速度计与转台台面中心的距离；(6)将引力产生装置放置在位置2处，测量得到此时引力产生装置的中心相对于坐标系OXYZ原点的距离向量(L₂,0,0)，且L₁≠L₂；(7)按照步骤(4)—(5)所述的方法，得到引力产生装置放置在位置2时加速度计的输出信号E₂；(8)计算引力产生装置位于位置1和位置2时，加速度计实际输出信号的变化值ΔE_P以及理论输出信号的变化值ΔE，其中${\mathrm{\Delta E}}_P=E_1-E_2=\frac{\mathrm{KR}}{2}\sqrt{{({\Gamma }_{\mathrm{xx}1}-{\Gamma }_{\mathrm{yy}1})}^2+{\left({2\Gamma }_{\mathrm{xy}1}\right)}^2}-\sqrt{{({\Gamma }_{\mathrm{xx}2}-{\Gamma }_{\mathrm{yy}2})}^2+{\left({2\Gamma }_{\mathrm{xy}2}\right)}^2}\mathrm{Sin}\left(2\mathrm{\omega t}\right),$$\mathrm{\Delta E}=\mathrm{KR}(\frac{{3\mathrm{GmL}}_1^2}{{(R^2+L_1^2)}^{5/2}}-\frac{{3\mathrm{GmL}}_2^2}{{(R^2+L_2^2)}^{5/2}})\mathrm{Sin}\left(2\mathrm{\omega t}\right),$其中，m是引力产生装置的质量；G是万有引力常量；(9)判断ΔE_P与ΔE的比值是否大于0.5，若不大于0.5，改变引力产生装置的位置2，增大L₁、L₂的差值，直到ΔE_P与ΔE的比值大于0.5；若大于0.5，则加速度计的分辨率合格，加速度计的分辨率为ΔE_P/K，测试结束。