航空／海洋重力仪用加速度计现状与优化方法

采用石英挠性加速度计作为重力敏感器的航空/海洋重力仪是典型的重力信息采集仪器,要求石英挠性加速度计具有一次通电稳定性高、高分辨率、低噪声的特点。为了满足航空/海洋重力仪需求,首先,分析了石英挠性加速度计一次通电稳定性机理,确定了关键影响因素,并给出了优化方向;其次,建立了加速度计分辨率模型,给出了测试方法和后续优化方向;最后,通过试验确定了噪声水平,根据关键影响因素给出了优化方向。通过上述研究的开展,为石英挠性加速度计在重力测量领域中的应用奠定了基础。     

加速度计温控系统被控对象建模技术研究

加速度计工作过程中,其内部与外界环境存在温度梯度,针对温度变化影响加速度计参数的问题,提出了一种加速度计温控系统被控对象建模的方法。进行了多工作点加速度计升温和降温试验,采用递推增广最小二乘法对被控对象模型进行了辨识,建立了加速度计温控系统被控对象模型和降温模型,计算结果表明,3min后温控系统被控对象模型曲线残差在-0.5~0.5℃之间,降温模型曲线残差在-0.15~0.15℃之间,满足系统对加速度计性能需求,表明了方法的有效性。     

基于相关向量机的加速度计参数变化规律研究

针对温度、振动等多种影响因素影响石英挠性加速度计内部参数变化,使石英挠性加速度计参数随着时间发生漂移,从而难以准确描述其变化规律的问题,基于相关向量机具有稀疏的模型结构,适合进行不确定系统建模的优点,提出了一种采用相关向量机进行石英挠性加速度计参数规律研究的方法。为了验证方法的有效性,针对2.5年自然贮存条件的石英挠性加速度计的参数标定值进行了时间序列建模,计算结果表明相关向量机具有很好的效果。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

冷却方式对超因瓦合金热膨胀与软磁性能的影响研究

通过金相显微镜、X射线衍射分析、热膨胀性能测试和软磁性能测试等方法，研究了850 ℃均匀化退火后炉冷（FC）、空冷（AC）、水冷淬火（WQ）和液氮淬火（LNQ）四种冷却方式对FeNi32Co5合金的显微组织、热膨胀和软磁性能的影响，同时进一步分析了回火处理对合金综合性能的影响。结果表明，OS，FC，AC和WQ试样主要为面心立方（fcc）奥氏体相，同时含有少量的体心立方（bcc）相，LNQ试样出现大量bcc马氏体相，退火后各试样晶粒均发生粗化；WQ试样在20~100℃的平均线膨胀系数α(20~100 ℃)仅为0.38×10-6·K-1，较原始OS试样降低了56.32%，并且最大磁导率μm提升至1.908 k，矫顽力Hc降低至91.32 A/m；对WQ试样进行315 ℃回火处理（WQ-TP）后有效改善了由热应力导致的软磁性能损伤，WQ-TP试样的最大磁导率μm进一步提升至2.993 k，矫顽力Hc降低至57.8 A/m，同时保持了优异的低膨胀性能（α(20~100 ℃) = 0.54×10-6·K-1）。综合考虑下，对均匀化退火后的合金进行水冷淬火和回火处理可获得兼具优异的软磁性能和低膨胀性能的FeNi32Co5合金。     

加速度计全量程标度因数不对称性标定算法研究

全量程标度因数不对称性是高精度石英挠性加速度计的一项重要指标,其大小对于惯导系统的导航精度具有非常大的影响。在加速度计精密离心机测试中,由离心加载引起的各种误差是进行加速度计标定的主要影响因素,论文给出了适用于精密离心机测试的加速度计输出模型与数据求解方法。为提高标定精度,以标度因数测试误差作为衡量指标,对输入数据进行迭代与修正;对修正后的测试数据进行三阶拟合,计算正向与负向标度因数,从而得到全量程标度因数不对称性。经试验验证,测试数据修正后可将标度因数误差从10-4降低至10-9,标度因数不对称性水平从10-4提高至10-5。     

基于灰色近似支持向量机的加速度计参数预测

温度、振动等环境载荷使得石英挠性加速度计参数产生漂移,直接影响了惯导系统的测量精度和性能,石英挠性加速度计参数变化趋势为非线性的,很难用常规的建模方法进行趋势预测。基于灰色理论适合进行小样本、贫信息不确定型系统建模以及近似支持向量机不需要求解二次规划就能求得非线性模型参数的优点,提出了基于灰色近似支持向量机进行石英挠性加速度计参数预测的方法。为了验证该方法的有效性,针对自然贮存的加速度计进行了固定周期的参数标定,结果表明灰色近似支持向量机具有很好的预测效果。