СПОСОБ КАЛИБРОВКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ Российский патент 2005 года по МПК G01C25/00 

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 ψ₁ в положительном, а затем на заданный угол ψ₂ 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=(U₁-U₂)/(ψ₁+ψ₂)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 ψ₀ и дрейфом нуля Wo, что поясняется нижеследующим.

При наличии отмеченных погрешностей сигнал акселерометра определяется выражением

где W=gψ - проекция ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра, вызванного поворотом корпуса акселерометра на угол ψ 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 №1МаркаНестабильностьИзготовительАК100,1%ЦНИИ "Дельфин" г.МоскваД110,15%ПНППК г.ПермьА 120,2%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 ψ₁, и ψ₂.

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 Ω определяется выражением:

где K_g - масштабный коэффициент датчика момента,

Н - кинетический момент гироскопа,

К_у - коэффициент управления,

I_o - постоянный ток, подаваемый в датчик момента.

Движение платформы вокруг горизонтальной оси по углу ψ в любой момент времени определяется дифференциальным уравнением:

где ω - 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 ψ₁ и ψ₂ 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 ΔК предлагаемого способа калибровки возникает из-за погрешности Δψ измерения углов ψ₁, ψ₂ 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 Δψ=20". (Для цифровых датчиков и индуктосинов эта величина еще меньше).

Тогда при наклоне акселерометра на угол 10-20° величина Δψ/ψ=(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.

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)/(ψ₁+ψ₂)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 ψ₁ и ψ₂. Техническим результатом является повышение точности определения масштабного коэффициента за счет сохранения структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки. 1 табл.

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)/(ψ₁+ψ₂)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 ψ₁ и ψ₂.