加速度计自动测试系统

　　在重力场中，通过改变被测加速度计的温度和该加速度计的输入轴与重力加速度方向的夹角，分别建立加速度计的静态数学模型，通过分析模型参数与温度的关系可建立加速度计的模型。

　　根据工作原理可以看出，欲同时测出加速度计的静态数学模型和温度模型，有四个条件必须具备：

　　a)必须准确给定加速度计输入轴与重力加速度方向的夹角；

　　b)必须准确设置加速度计测试场的温度；

　　c)因为初始水平位置将直接影响加速度计的静态数学模型，基础线振动作为随机误差、角倾斜直接影响夹角的给定精度，所以必须设置水平位置与基础振动监测分系统；

　　d)对加速度计输出进行准确测量，并进行数据处理。

　　所以，本加速度计自动测试系统由精密分度装置、变温箱、数据采集与处理系统和水平位置与基础振动监测系统组成。

　　精密分度装置包括精密轴系、传动机构(驱动电机及其控制部分和手动角度调节机构)、角位置测量装置和加速度计安装夹具。其作用是控制并测量加速度计输入轴与重力加速度方向的夹角。

　　变温箱包括变温箱体、测温元件、温度控制器。其作用是控制并测量加速度计测试场的温度。

　　水平位置与基础振动监测分系统

　　数据采集与处理系统包括专用数字电压表或可逆计数器、专用通讯接口、AD板、有关电源、计算机、数据采集软件和用于建立加速度计静态数学模型与温度模型的数据处理软件。其作用是在计算机的管理下，完成对加速度计的输出信号、加速度计输入轴与重力加速度方向的夹角、加速度计的温度值和基础振动大小等信号的采集，对加速度计输入轴与重力加速度方向的夹角和加速度计的温度值进行控制，建立加速度计静态数学模型与温度模型。

　　数据采集与处理系统功能：

　　a)实现计算机管理下的任意温度点的设置及适时控制；

　　b)实现任意角位置的分度控制；

　　c)实现给定角度、温度时、利用数字电压表或可逆计数器对被测加速度计的输出进行测试;

　　d)对加速度计的输出数据进行处理，建立加速度计不同温度下的静态数学模型，并建立温度模型。

　　测量及控制系统是“加速度计自动测试系统”的核心部分，测量及控制系统包括：角度测量与控制、温度测量与控制、水平位置测量、基础振动测量、加速度计信号测量和信号采集等。

　　1　角度测量与控制的原理和方法

　　角度测量采用圆感应同步器作为敏感元件，选用720极感应同步器，角位置测量的方法是将动极安装在主轴上、定极安装在轴系基座上，该感应同步器本身不经任何细分就可产生1°的角度信号，经10000细分可得到0.36″的角度分辨率。

　　角位置自动控制由步进电机通过蜗轮贴杆减速器控制。步进电机为2800夹距角／转，减速器的传动比为101∶1。步进电机每走一步，轴系转动量＜1″，这样才能保证±2″的角控精度。使用蜗轮蜗杆减速器的优点是轴系的灵敏度高，以保证轴系能精确定位。原理图如图1所示。

　　图1　角位置测量与控制原理图

　　2　温度测量与控制的原理和方法

　　由于整个加速度计测量过程都是由计算机控制并处理数据的。因此，对温度的测量，我们利用我所生产的温度测量传感器，设计一个变换电路，使温度的变化转变成电压的变化，最后通过AD板转换成数字信号进入计算机。从而实现了通过计算机对温度进行数据处理的目的。原理图如图2所示。

　　图2　温度测量原理图

　　温度控制由计算机通过GPIB卡发出指令到PMS-CA温度控制器。PMS-CA根据计算机指令通过E-BUS控制温箱，从而达到控温的目的。原理图如图3所示。

　　图3　温度控制原理图

　　3　初始水平位置测量

　　水平方向初始位置监测系统由电子水平仪、数字显示和A／D标准接口组成，其测量范围是±100″。水平方向初始位置监测系统的工作过程是利用电子水平仪测量加速度计的安装夹具的平面与水平面的夹角，得出夹具的平面对重力加速度方向的垂直夹角，并利用微机在数据处理时对其进行补偿。原理图如图4所示。[page]

图4　初始水平位置测量原理图

　　4　基础线振动监测系统

　　主要由942型微振加速度计和专用放大器及数据采集A／D和专用数据处理软件组成。原理图如图5所示。

　　图5　基础振动监测系统原理图

　　5　加速度计信号测量

　　5.1　多路转换器

　　多路转换器要求实现加速度计供电电源切换、供电电流测量、加速度计信号转换等功能。

　　5.2　加速度计信号测量

　　加速度计输出信号通过500 Ω电阻和1.5 F电容采样，由多路转换器进行信号切换，用数字电压表采集。原理图如图6所示。

　　图6　加速度计信号测量原理图

　　6　信号采集

　　专用接口卡具有16通道、16位A／D、16位数字输出和16位数字输入等功能。系统中角度信号、温度信号、水平位置信号和基础振动信号均通过专用接口卡采集。

　　由感应同步器输出的角度信号用24位十六进制表示。由专用接口卡数字输出D0发出锁存信号，把角度信号锁存。用分段的方法将16位数字输入分两次读入角度信号，由计算机进行运算。

　　温度、水平位置、基础振动、加速度计电流信号均为范围小于5 V的模拟电压信号。它们均由A／D接口采集。

　　7　结束语

　　加速度计自动测试系统集温度控制、角度控制、基础振动和倾斜于一体，既有数据采集，也有数据处理，使用简单，操作方便，控制精度很高，是一种自动化程度较高的加速度计测试系统。