一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法
2023-05-01 09:18:36
一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法
【專利摘要】本發明公開一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法，首先，通過理論計算與仿真分析得到敏感頭參數；將加速度計敏感頭安裝在測試檯面上，同時在加速度計中心質量塊上表面設置穩定臺；然後選取附加質量塊質量、數量及總重量；將附加質量塊逐次放置在穩定臺上，使加速度計輸入加速度值由0g逐次增加至加速度計測量範圍上限；逆序逐次去掉附加質量塊，至加速度計的輸入加速度值降回0g；隨後取同一加速度輸入的兩次輸出的平均值為對應加速度輸出；最終，利用最小二乘法對加速度計各靜態數學模型的係數進行計算，最終描繪測試曲線。本發明的優點為：有利於光學加速度計精度的提高；改善了測試環境；能夠提高微米光柵加速度計標度因數的測試效率。
【專利說明】一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微米光柵加速度計【技術領域】，主要是一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法。
【背景技術】
[0002]微米光柵加速度計是一類用於測量加速度及加速度變化的光學慣性器件，採用半導體矽通過微機械加工形成的一種力學結構以感受加速度的變化，微米光柵加速度計的敏感頭結構如圖1所示，包括:中心質量塊1、懸臂梁2、反射鏡3、微米光柵4等結構。光源(LD出射光)入射到微米光柵加速度計敏感頭，在途經微米光柵4時，一部分光被微米光柵4反射，另一部分通過微米光柵4經過中心質量塊I下表面的反射鏡3反射後再次通過微米光柵4 ;這兩部分光在空間幹涉，形成多級次條紋；當有加速度輸入時，中心質量塊I受慣性力影響，引起懸臂梁2形變，如圖2所示，從而使反射鏡3和微米光柵4之間的間隙(空氣腔)發生變化，進而從反射鏡3反射回的光束相位將發生變化，這將導致最終空間幹涉條紋強度大小的改變，由此通過測量幹涉條紋強度的改變就可以得到輸入加速度的大小。微米光柵加速度計有著性能穩定、靈敏度高、抗電磁幹擾、易於集成等優點。在航空航天，汽車、地震監測和軍事系統等方面，有著廣闊的前景。但是對於微米光柵加速度的精度及量程測試存在無法加入可控穩定加速度輸入，測量裝置體積過大等問題，難以實現微米光柵加速度計的準確測試。
[0003]高g精密離心機試驗主要用於檢測大於Ig加速度輸入情況下加速度計的標度因數、加速度計零偏等加速度計參數，利用高g精密離心機或穩定轉臺，從外界輸入加速度a引起加速度計中心質量塊的位移X，質量塊位移能夠改變加速度計中某一物理量的特性，比如光柵加速度計的光強I，電容式加速度計的電容C。通過測量光強變化或者電容變化得到加速度a的大小，從而對加速度計進行檢測。但這種測試方法，要求離心機轉速穩定、結構變形小、震動小以及可以將加速度計安裝在圓盤精確已知的各種半徑上。其產生加速度的精度取決於離心機工作半徑的測量精度以及離心機旋轉角速度的精度。但離心機旋轉軸線到加速度計質心的工作半徑較難準確測量，且高g加速度下要求離心機尺寸大、有較高旋轉穩定性，這將導致結構和測試方法的進一步複雜，不利於對加速度計進行實時批量在線檢測，導致產品開發時間延長。同時進行測試試驗的設備昂貴，並且對試驗條件要求苛刻，一般情況下不易滿足。
【發明內容】
[0004]根據現有微米光柵加速度計測試方法，可知加速度計中心質量塊的位移為檢測加速度的關鍵，因此本發明基於控制外界環境改變加速度計中敏感質量塊的位移這一原理，提出一種在微米光柵加速度計的中心質量塊上附加質量塊，改變質量塊位置，用以提供外界模擬加速度輸入的微米光柵加速度計測試方法；同時也適用於所有具有懸臂梁式加速度計的測試方法，具體通過下屬步驟實現:[0005]步驟1:獲得微米光柵加速度計敏感頭的檢測輸入加速度範圍、懸臂梁彈性係數、阻尼以及中心質量塊質量。
[0006]步驟2:將微米光柵加速度計敏感頭安裝在測試檯面上，同時在微米光柵加速度計的中心質量塊上表面設置穩定臺。
[0007]步驟3:選取η個附加質量塊，η為自然數，且η>1 ；
[0008]單塊附加質量塊的最小質量Mniin需滿足:
【權利要求】
1.一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法，其特徵在於:具體通過下述步驟實現: 步驟1:獲得微米光柵加速度計敏感頭的檢測輸入加速度範圍、懸臂梁彈性係數、阻尼以及中心質量塊質量； 步驟2:將微米光柵加速度計敏感頭安裝在測試檯面上，同時在微米光柵加速度計的中心質量塊上表面設置穩定臺； 步驟3:選取η個附加質量塊，η為自然數，且η>1 ； 單塊附加質量塊的最小質量Iin需滿足:
2.如權利要求1所述一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法，其特徵在於:微米光柵加速度計輸入加速度值G遞增變化按照=Gtl = O、G1 = Mmin, G2 = 2Mmin、G3 =4Mmin、……、Gp = Mmax ;且2Gi+G2+G3+..?十Gp ^ Mtotal ;其中，加速度值G的下角標1、2、3、……、P為遞增變化次數。
3.如權利要求1所述一種基於附加質量的微米光柵加速度計測試方法，其特徵在於:所述穩定臺的周向上均勻開有導向孔，通 過在導向孔中插入導向柱，作為穩定臺上下運動的導軌，使穩定臺僅具有上下方向的位移。
【文檔編號】G01P21/00GK103543294SQ201310416339
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】王崢, 馮麗爽, 王瀟, 馬迎建, 姚保寅, 劉惟芳 申請人:北京航空航天大學