石英挠性加速度计摆片微运动仿真与状态分析研究

发布时间:2018-10-04 20:44
【摘要】:石英挠性加速度计是一种经典的高精度机械摆式加速度传感器,特别作为惯性导航设备,尤其在航空航天领域得到广泛应用。就目前国内外研究现状来看,摆片失衡问题是其生产与应用中容易出现的问题,这大大影响了其制造和应用的质量。因此,针对石英挠性加速度计摆片失衡问题下的辨识分析研究显得尤为重要。所以,本课题从提高石英挠性加速度计的使用精度与稳定性入手,融合多种有效信号处理与分析的方法,帮助提高其性能质量。石英摆片作为加速度传感器的重要组成部件,本课题对加速度计石英摆片做了微运动仿真分析。加速度计石英摆片的微运动仿真分析可以获取帮助提高石英挠性加速度计生产质量的技术手段和途径。从加速度计石英摆片的物理模型入手,一方面对加速度计石英摆片做了受力分析,更为形象地反映出石英摆片的运动模式,对其工作状态起到辅助分析作用;另一方面,用有限元方法对摆式加速度计的关键部件石英摆片进行静力学计算与模态分析,直观的显示了石英摆片结构的应力场与形变场,并且获得了各阶自然频率和阵型。通过仿真分析,采用有限元分析的方法能够辅助提高加速计的性能,在实践中具有良好的借鉴意义。高精度的标定参数可用来准确评估加速度计的性能与精度等级。本课题从石英挠性加速度计模型高阶系数入手,对其进行多方向振动台测试,辨识出加速度计模型方程中的非线性项系数。一方面建立并完善高精度的加速度计数学模型方程,探讨加速度计工作状态和其高阶误差系数间的关系,寻求通过其系数变化辨识加速度计工作状态的方法;另一方面在传统时域、频域分析的基础上提出采用多尺度模糊熵作为特征参数,获取高效的加速度信号表征参数集,融合支持向量机模式识别方法对加速度计的工作状态进行精确辨识。最后,在此基础上设计加速度计振动测试系统软件,实现对加速度传感器状态的快速诊断,从而达到提高加速度计制造质量及成品率的目的。课题研究结果表明,本文针对石英挠性加速度计所进行的相关研究,可精确辨识加速度计的工作状态,能有效帮助提高石英挠性加速度计的制造质量及其成品率,有助于形成提高石英挠性加速度计性能质量的技术途径。
[Abstract]:Quartz flexible accelerometer is a classical high precision mechanical pendulum accelerometer, especially as an inertial navigation device, especially in the field of aerospace. According to the current research situation at home and abroad, the imbalance of pendulum is a problem which is easy to appear in its production and application, which greatly affects the quality of its manufacture and application. Therefore, it is very important to study the identification and analysis of quartz flexible accelerometer pendulum. Therefore, this paper starts with improving the precision and stability of quartz flexible accelerometer, and combines many effective signal processing and analysis methods to help improve its performance quality. Quartz pendulum is an important component of accelerometer. The micro-motion simulation analysis of accelerometer quartz pendulum can obtain the technical means and ways to improve the production quality of quartz flexible accelerometer. Starting with the physical model of the accelerometer quartz pendulum, on the one hand, the force analysis of the accelerometer quartz pendulum is made, which reflects more vividly the movement mode of the quartz pendulum, and plays an auxiliary role in analyzing the working state of the accelerometer quartz pendulum; on the other hand, The static calculation and modal analysis of quartz pendulum, a key component of pendulum accelerometer, are carried out by finite element method. The stress field and deformation field of quartz pendulum structure are displayed intuitively, and the natural frequency and matrix of each order are obtained. Through the simulation analysis, the finite element analysis method can help to improve the performance of accelerometer, which has good reference significance in practice. High precision calibration parameters can be used to accurately evaluate the performance and accuracy of accelerometers. Based on the high-order coefficients of the quartz flexible accelerometer model, the nonlinear coefficients of the accelerometer model equation are identified by the multi-direction shaking table test. On the one hand, the mathematical model equation of accelerometer with high precision is established and perfected, the relationship between the working state of accelerometer and its high-order error coefficient is discussed, and the method of identifying the working state of accelerometer through its coefficient variation is sought. On the other hand, on the basis of the traditional time-domain and frequency-domain analysis, the multi-scale fuzzy entropy is used as the characteristic parameter to obtain the efficient acceleration signal representation parameter set. The working state of accelerometer is accurately identified by using support vector machine (SVM) pattern recognition method. Finally, the software of accelerometer vibration testing system is designed to realize the rapid diagnosis of accelerometer state, thus improving the manufacturing quality and yield of accelerometer. The research results show that the related research on quartz flexible accelerometers can accurately identify the working state of the accelerometers, and can effectively improve the manufacturing quality and finished product rate of quartz flexible accelerometers. It is helpful to form a technical way to improve the performance quality of quartz flexible accelerometer.
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH824.4;TP212

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本文编号:2251821

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