- •Учебное пособие
- •150400 –Технологические машины и оборудование
- •Введение
- •1. Стандартизация показателей точности и других характеристик дус как самостоятельных приборов
- •2. Использование микромеханических гироскопов и акселерометров в прикладных задачах
- •2. Структуры устройств и алгоритмы преобразования в микромеханических датчиках
- •2.1. Структуры устройств преобразования и традиционные методы определения характеристик данных испытаний
- •2.2.. Алгоритмы преобразований для определения параметров детерминированных составляющих процессов
- •2.3. Алгоритмы преобразований для определения параметров недетерминированных составляющих процессов
- •2.4. Вариация Аллана как алгоритм одноканальной обработки данных
- •2.5. Общий подход к построению многоцелевых алгоритмов одноканальных преобразований
- •3. Определение параметров микромеханических приборов при испытаниях
- •3.1. Выработка и использование поправок на смещение нуля
- •3.2. Определение статической градуировочной характеристики
- •3.3. Определение порога чувствительности
- •3.4. Динамические погрешности при изменении угловой скорости
- •3.5. Дополнительные погрешности от перекоса осей
- •3.6. Динамическое воздействие перегрузок
- •3.7. Задачи и методы системно-ориентированной обработки результатов испытаний дус
- •3.8. Введение поправок на смещение нуля и анализ эффективности
- •4. Стендовое оборудование для испытаний микромеханических приборов
- •4.1. Определяемые характеристики и испытательные стенды
- •4.2. Роторные стенды
- •4.3. Вибростенды
- •4.4. Ударные стенды
- •4.5. Малогабаритные упрощенные стенды для исследовательских испытаний
- •4.6. Испытания на совместные воздействия
- •18. Новые методы испытаний
- •4.7. Анализ паспортных характеристик гироскопических дус
- •4.8. Вопросы обеспечения испытаний стендовым оборудованием
- •Приложение 1 . Классификация испытаний (по гост 16504-81)
- •Приложение 2
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Классификация
- •3.3. Основные пераметры и характеристики
- •3.3.1. Метрологические характеристики ммг
- •3.3.1.1. Метрологические характеристики ммг
- •3.3.1.5. Градуировочная характеристика ммг
- •3.3.1.6. Номинальная градуировочная характеристика типа
- •3.3.1.7.Диапазон допускаемых относительных отклонений градуировочной характеристики от номинальной
- •3.3.1.8. Градуировочная характеристика экземпляра ммг
- •3.3.1.9. Коэффициент преобразования (масштабный коэффициент)
- •3.3.1.10.Точность ммг
- •3.3.1.11.Погрешность ммг
- •3.3.1.24. Коэффициенты влияния поперечных составляющих угловой скорости
- •3.3.1.26. Характеристики ммг для расчета динамической погрешности
- •4.3. Требования к электрическим параметрам
- •4.4. Требования к стойкости и внешним воздействующим факторам
- •4.5. Требования к надежности
- •4.6. Требования к маркировке
- •4.7. Требования к упаковке
- •6.3.Приемосдаточные испытания
- •6.3. Периодические испытания
- •7.2. Контроль конструктивных требований
- •7.3. Контроль и измерения электрических параметров
- •7.4. Контроль стойкости к внешним воздействующим факторам
- •7.5. Контроль надежности и испытания на надежность
- •7.10. Контроль и определение по результатам испытаний метрологических характеристик
- •7.10.1. Контроль диапазона измерения угловой скорости (п. 3.3.1.3) и диапазона входного сигнала (п.3.3.1.4)
- •7.10.3. Определение смещения нуля (п.3.3.1.15)
- •7.10.4. Определение параметров дрейфа выходного сигнала
- •7.10.5. Определение порога чувствительности (п. 3.3.1.20)
- •7.10.6. Определение коэффициентов влияния поперечных составляющих угловой скорости (п. 3.3.1.24)
- •7.10.7. Определение характеристик для расчета динамической погрешности (п. 3.3.1.26) и коэффициентов аппроксимации передаточной функции по погрешности (п. 3.3.1.27)
3.5. Дополнительные погрешности от перекоса осей
Существуют и могут быть значительными так называемые дополнительные погрешности. Это составляющие погрешностей ММГ, возникающие вследствие отклонения влияющих величин от нормальных значений или выхода за пределы нормальной области значений. В отличие от традиционных приборов воздействие влияющих величин может быть значительным. Большой перечень таких величин приводится в стандарте IEEE. Основными для ММГ являются следующие влияющие величины:
- поперечные составляющие угловой скорости основания,
- температура (постоянная или переменная, роль изменчивости температурных полей для больших классических гироскопов рассматривалась во множестве работ, но применительно к ММГ не установлена,
- составляющие ускорения силы тяжести и линейного ускорения (постоянного и вибрационного),
- составляющие внешнего магнитного поля.
Обычно предполагается, что указанные и другие факторы при их постоянстве во времени проявляются только в виде аддитивных добавок к смещению нуля, тогда количественно воздействие влияющих величин в общих случаях характеризуется так называемыми функциями влияния, причем часто предполагается, что их зависимости от факторов – линейные и тогда они задаются принимаемыми постоянными коэффициентами влияния. В некоторых случаях учитываются зависимости от факторов масштабных коэффициентов. В первую очередь дополнительные погрешности при постоянных рассматриваются, как статические. Во всех случаях предполагается, что действие этих факторов независимое, так что возникающие дополнительные погрешности должны суммироваться.
Ниже перечислены только некоторые дополнительные погрешности, которые обусловлены различными факторами.
При определении влияния геометрии имеется в виду, что измеряемая угловая скорость представляет собой вектор, а ДУС определяет составляющую этого вектора на измерительную ось. Коэффициенты влияния поперечных составляющих угловой скорости (перпендикулярно действительной измерительной оси) в первом (линейном) приближении представляют собой малые углы α, β, γ отклонения действительной измерительной оси ММГ от номинального направления измерительной оси х, задаваемого установочными базами прибора.
Эффект перекоса осей поясняется на таких двух примерах. Если измерительная ось х1 ДУС близка к оси х, вокруг которой задается угловая скорость, и мал угол α между ними, то измеряемая угловая скорость
ωх1 = ωх cos α ≈ ωх (1-½ α2)
Тогда малые отклонения от этой оси сказываются мало (во втором порядке). Но важен эффект чувствительности к угловым скоростям вокруг осей, близких к перпендикулярным. Например, если ось у1 составляет с измерительной осью х1 угол (900 + β), то соответствующая ошибка измеряемой угловой скорости будет Δωх = ωу sin β ≈ ωу β.
При учете только указанного фактора и в пренебрежении всеми остальными погрешностями для выходного сигнала ДУС в первом приближении записывается следующее выражение
и ≈ К(ωх + λωху ωу - λωхz ωz), (1.4)
где λωху = α и λωхz = β – коэффициенты влияния по отношению к составляющим ωу и ωz угловой скорости по соответствующим осям, перпендикулярным измерительной оси. Выражение
Δω= λωху ωу - λωхz ωz (1.5)
представляет собой дополнительную погрешность, приведенную к угловой скорости. Коэффициенты влияния λωху и λωхz могут быть получены по результатам испытаний на поворотном стенде при переустановке ММГ в различные угловые ориентации поворотами точно на 900 вокруг взаимно перпендикулярных осей.
При использовании единого модуля БИНС, построенного на трех ДУС на их выходные сигналы вводятся перекрестные поправки, вычисляемые с помощью коэффициентов влияния, которые определяются при калибровке. Эти коэффициенты влияния для каждого модуля индивидуальны, и поэтому калибровка должна производиться также для каждого модуля. Остаточные погрешности от неточной компенсации перекосов осей после калибровке иногда необходимо учитывать. Для высокоточных приборов возможно, потребуется использовать более сложные, нелинейные зависимости от углов, при нелинейных зависимостях возможны эффекты типа дополнительных смещений нуля.
Статистическая обработка данных для различных модулей может быть полезна для оценивания точности базирования при сборке модулей.