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陀螺力矩器溫度系數測量解決方案

項目背景

  在慣性導航系統中,陀螺和加速度計是系統的核心器件。陀螺和加速度計的工作精度,可靠性和穩定性是決定慣性導航系統精度、可靠性和穩定性的重要因素之一。隨著慣性導航系統的應用領域的不斷擴大,其使用的環境也變得日益惡劣。要保證在各種惡劣環境中可靠穩定的工作,就必須對各種環境的變化作出補償。在各種環境因素影響中,溫度的漂移是慣性器件的主要誤差源。因此,陀螺和加速度計的溫度誤差測量和補償技術的研究是當前慣性導航技術研究的熱點課題之一。

需求分析

  對于動力調諧陀螺和石英撓性加速度計,溫度對器件精度的影響主要表現在熱脹冷縮使器件變形引起轉子體質心軸向偏移、徑向不平衡、不等彈性,力矩器內部各種材料的物理參數的變化等。上述影響中,力矩器內部材料物理參數的變化(主要是永磁磁性材料和軟磁材料的溫度系數)占主要地位。因此,測量和補償力矩器溫度系數成為提高動力調諧陀螺和石英撓性加速度計性能指標的關鍵因素。

測量原理

  • 采用測試間隙磁場中通電線圈力的變化來測量間隙磁場的變化,從而計算出溫度系數。
  • 根據電流在磁場中力的效應,設計該測試系統。在磁場中F=BIL,力和磁場磁感應強度是線性的關系,那么測量導體在磁場中產生的力就可以推算磁場的大小。磁場測量的精度取決于電流、導線長度以及力。在B、L一定時,F與B成正比。即B=KF。如果分別測得溫度T1、T2 時的對應力F1、F2,則溫度系數可由以下公式α=(B2-B1)/(T2-T1)/B1=(F2-F1)/(T2-T1)/F1。

解決方案

  采用高穩定恒流源保證測試線圈電流穩定,高精度分析天平檢測電磁力的變化,熱敏電阻測量溫度變化,可以準確的得到磁場變化和溫度的關系,所有數據自動讀入電腦,數據處理后即可測得不同溫度下溫度系數。



系統結構

 

技術參數

  • 測試間隙磁場溫度系數分辨率:1×10-5
  • 測量溫度范圍:-40℃-100℃;
  • 溫度顯示分辨率:0.1℃;
  • 滿足力矩器不同結構測試;
  • 測試數據的重復性:包括二次裝卡和二次開機,測量值有效數字的±5×10-2:如測量平均值為4×10-4/℃,重復測量值為(3.8—4.2)×10-4/℃之間。

軟件界面