способ калибровки акселерометров
Классы МПК: | G01C25/00 Изготовление, калибровка, чистка или ремонт приборов и устройств, отнесенных к другим группам данного подкласса |
Автор(ы): | Андреев А.Г. (RU), Ермаков В.С. (RU), Мафтер М.Б. (RU), Морозов В.А. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-08-06 публикация патента:
10.04.2005 |
Изобретение относится к области гироприборостроения и может быть использовано в трехосных гироскопических стабилизаторах инерциальных систем (ИНС) и гирогоризонткомпасов (ГГК). Способ калибровки акселерометров заключается во включении акселерометра, выдержке интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния последовательном развороте платформы трехосного гиростабилизатора с установленным акселерометром относительно начального положения вокруг горизонтальной оси сначала в положительном, а затем в отрицательном направлении, измерении сигналов горизонтных акселерометров U1 и U2 в каждом положении и вычислении масштабного коэффициента горизонтного акселерометра по разности измерений в соответствии с формулой К=(U1-U2)/( 1+ 2)g, где g - величина ускорения силы тяжести. Перед включением акселерометра дополнительно включают системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов; согласовывают горизонтальные оси платформы с горизонтальными осями карданова подвеса, на которых установлены датчики углов качек, путем подачи тока в датчик момента азимутального, управляющего движением платформы вокруг вертикальной оси гироскопа; включают режим горизонтирования, при котором токи в датчиках момента горизонтных гироскопов пропорциональны сигналам соответствующих горизонтных акселерометров; причем разворот и фиксацию платформы в положительном и отрицательном направлении осуществляют путем подачи постоянного тока положительной, а затем отрицательной величины в датчик момента соответствующего горизонтного гироскопа; и измеряют сигнал соответствующего датчика угла качки при повороте в положительном и отрицательном направлении, при соответствующих углах поворота 1 и 2. Техническим результатом является повышение точности определения масштабного коэффициента за счет сохранения структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки. 1 табл.
Формула изобретения
Способ калибровки акселерометров, содержащий включение акселерометра, выдержку интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния, последовательный разворот платформы трехосного гиростабилизатора с установленным акселерометром относительно начального положения вокруг горизонтальной оси сначала в положительном, а затем в отрицательном направлении, измерение сигналов горизонтных акселерометров U1 и U2 в каждом положении и вычисление масштабного коэффициента горизонтного акселерометра по разности измерений в соответствии с формулой К=(U1-U2)/( 1+ 2)g, где g - величина ускорения силы тяжести, отличающийся тем, что перед включением акселерометра дополнительно включают системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов; согласовывают горизонтальные оси платформы с горизонтальными осями карданова подвеса, на которых установлены датчики углов качек, путем подачи тока в датчик момента азимутального, управляющего движением платформы вокруг вертикальной оси гироскопа; включают режим горизонтирования, при котором токи в датчиках момента горизонтных гироскопов пропорциональны сигналам соответствующих горизонтных акселерометров; причем разворот и фиксацию платформы в положительном и отрицательном направлении осуществляют путем подачи постоянного тока положительной, а затем отрицательной величины в датчик момента соответствующего горизонтного гироскопа; и измеряют сигнал соответствующего датчика угла качки при повороте в положительном и отрицательном направлении, при соответствующих углах поворота 1 и 2.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гироприборостроения и может быть использовано в трехосных гироскопических стабилизаторах инерциальных систем (ИНС) и гирогоризонткомпасов (ГГК).
Известен способ определения масштабного коэффициента горизонтного акселерометра, оси чувствительности которого совпадают с горизонтальными осями платформы гиростабилизатора, заключающийся в включении акселерометра и выдержке интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния, последовательном развороте корпуса акселерометра относительно начального положения вокруг горизонтальной оси на заданный угол 1 в положительном, а затем на заданный угол 2 в отрицательном направлении, механической фиксации корпуса акселерометра и измерении его сигналов U1, U2 в каждом положении, вычислении масштабного коэффициента по разности измерений в соответствии с формулой
K=(U 1-U2)/( 1+ 2)g,
где g - величина ускорения силы тяжести.
(См., например, С.Ф.Коновалов, Б.С.Коновалов, Д.В.Майоров, Г.М.Новоселов, А.В.Полинков, А.А.Трунов. Автоматическое оборудование для испытаний акселерометров, сборник 4 Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. Май, 1997 г., с.223, ISB №5-900780-13-9.)
Указанный способ позволяет исключить влияние адитивных составляющих погрешности акселерометра, вызванных начальным отклонением оси чувствительности относительно плоскости горизонта 0 и дрейфом нуля Wo, что поясняется нижеследующим.
При наличии отмеченных погрешностей сигнал акселерометра определяется выражением
где W=g - проекция ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра, вызванного поворотом корпуса акселерометра на угол относительно начального положения.
Сигналы акселерометра в двух заданных положениях определяются выражениями
Разность этих сигналов позволяет исключить влияние адитивных погрешностей на вычисление масштабного коэффициента.
При реализации указанного способа в трехосном стабилизаторе для осуществления механического разворота и фиксации его платформы с акселерометрами необходимо снять герметичные тепловые и электромагнитные экраны платформы и отключить системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироблоков, что приводит к резкому изменению структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки акселерометров. Изменение тепловых и электромагнитных условий в месте установки акселерометра вызывает нестабильность масштабного коэффициента, величина которой по данным технических условий наиболее известных отечественных акселерометров приведена в таблице №1.
Таблица №1 | ||
Марка | Нестабильность | Изготовитель |
АК10 | 0,1% | ЦНИИ "Дельфин" г.Москва |
Д11 | 0,15% | ПНППК г.Пермь |
А 12 | 0,2% | РПЗ г. Раменское |
Таким образом, недостатком известного способа определения масштабного коэффициента акселерометра при его реализации в трехосном гиростабилизаторе является появление дополнительных погрешностей определения коэффициента из-за изменения температурных и электромагнитных условий, то есть ухудшение точности калибровки.
Целью изобретения является повышение точности определения масштабного коэффициента акселерометра за счет сохранения структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки.
Поставленная цель достигается тем, что перед включением акселерометра, выдержкой интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния, последовательным разворотом платформы гиростабилизатора с установленным акселерометром относительно начального положения вокруг горизонтальной оси сначала в положительном, а затем в отрицательном направлении, измерением сигналов горизонтных акселерометров U1 и U2 в каждом положении и вычислением масштабного коэффициента горизонтного акселерометра по разности измерений в соответствии с формулой:
дополнительно включают системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов, согласовывают горизонтальные оси платформы с горизонтальными осями карданова подвеса, на которых установлены датчики углов качек, путем подачи тока в датчик момента азимутального, управляющего движением платформы вокруг вертикальной оси гироскопа, включают режим горизонтирования, при котором токи в датчиках момента горизонтных гироскопов пропорциональны сигналам соответствующих горизонтных акселерометров, осуществляют разворот и фиксацию платформы в положительном и отрицательном направлении осуществляют путем подачи постоянного тока положительной, а затем отрицательной величины в датчик момента соответствующего горизонтного гироскопа и измеряют сигнал соответствующего датчика угла качки при повороте в положительном и отрицательном направлении, при соответствующих углах поворота 1, и 2.
Теоретическое обоснование заявляемого способа заключается в следующем.
После включения системы термостабилизации, стабилизации разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов трехосного гиростабилизатора на платформе гиростабилизатора устанавливаются тепловые и электромагнитные поля и она, с точностью до дрейфов, сохраняет первоначальное положение относительно инерциального пространства и может управляться подачей токов в датчики момента соответствующих гироскопов. Согласование горизонтальных осей платформы, с которыми совпадают оси чувствительности горизонтных акселерометров, с горизонтальными осями карданева подвеса, по которым установлены датчики углов качек, осуществляется подачей тока в датчик момента азимутального гироскопа, управляющего движением платформы гиростабилизатора вокруг верикальной оси. Подача тока прекращается, когда сигнал с курсового датчика угла на вертикальной оси карданова подвеса станет близким нулю, т.е. когда горизонтные оси платформы и карданова подвеса будут совпадать.
После включения акселерометра и режима горизонтирования, при котором ток I в датчике момента горизонтного гироскопа пропорционален сигналу "U" соответствующего акселерометра, угловая скорость управления вокруг соответствующей горизонтной оси и платформы определяется выражением:
где Kg - масштабный коэффициент датчика момента,
Н - кинетический момент гироскопа,
Ку - коэффициент управления,
Io - постоянный ток, подаваемый в датчик момента.
Движение платформы вокруг горизонтальной оси по углу в любой момент времени определяется дифференциальным уравнением:
где - проекция угловой скорости Земли на горизонтальную ось,
Р - дрейф гироскопа.
После подачи постоянного тока I о платформа начинает разворачиваться вокруг горизонтальной оси с угловой скоростью , сигнал акселерометра U увеличивается, платформа заканчивает разворот и фиксируется в положении равновесия, при котором =0, сигнал акселерометра U1 при этом определяется из выражения (5) с учетом выражения (4)
Выражение (6) показывает, что, изменяя знак и величину постоянного тока Iо, подаваемого в датчик момента горизонтного гироскопа, можно изменять знак и величину сигнала акселерометра, т.е. поворачивать платформу вместе с акселерометром относительно горизонта в положительном и отрицательном направлении на разные углы. При этом измеряемые сигналы акселерометра при положительном и отрицательном повороте определяются выражениями (2), а соответствующие им углы поворота 1 и 2 измеряются соответствующим датчиком угла качки.
Разность сигналов U1 и U2 позволяет вычислить масштабный коэффициент акселерометра в соответствии с выражением (3).
Дополнительная погрешность определения масштабного коэффициента К предлагаемого способа калибровки возникает из-за погрешности измерения углов 1, 2 датчиком угла качки. Эта погрешность, полученная из выражения (3), имеет вид:
Для используемых в современных гиростабилизаторах двухотсчетных вращающихся трансформаторов типа ВТ 100 или СКТД-261 величина =20". (Для цифровых датчиков и индуктосинов эта величина еще меньше).
Тогда при наклоне акселерометра на угол 10-20° величина /=(0,05-0,025)% и дополнительная погрешность определения масштабного коэффициента акселерометра предлагаемым методом будет в 2-4 раза меньше, чем погрешности способа прототипа, характеризующаяся приведенными в таблице 1 значениями нестабильностей.
Операции предлагаемого способа калибровки реализуются при регулировке ИНС или ГГК, построенного на базе любого трехосного гиростабилизатора.
Класс G01C25/00 Изготовление, калибровка, чистка или ремонт приборов и устройств, отнесенных к другим группам данного подкласса