[发明专利]一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面及其确定方法

权利要求书

1.一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，其特征在于：它由5个相同的综合剖面构成，每个综合剖面都是快速温度变化循环和随机振动两种应力综合的剖面；其中，一个综合剖面的快速温度变化循环剖面是从常温以温变速率55℃/min降温到低温温度-50℃后保温1h35min，然后从低温温度-50℃以温变速率55℃/min升温到高温温度90℃后保温2h35min，最后从高温温度90℃以温变速率55℃/min降温到常温；一个综合剖面的随机振动是指按照功率谱密度剖面以振动量级为10g、振动时间为10min进行振动，其功率谱密度剖面是从20Hz到2000Hz的随机振动功率谱，从20Hz开始以3dB/oct的谱线斜率升到80Hz，从80Hz到350Hz为平直谱，从350Hz以-3dB/oct的谱线斜率降到2000Hz；它是在快速温度变化循环剖面的低温保温时间和高温保温时间中，即在继续维持低温或高温的情况下，施加振动量级为10g、振动时间为10min的随机振动；同时，在每次振动前要给石英挠性加速度计通电，每次振动时间结束后给石英挠性加速度计断电。

2.根据权利要求1所述的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：确定试验因素，选择应力水平，设计试验方案，确定其中的试验因素为振动应力量级和振动时间，每个试验因素分别选择2个应力水平，根据正交试验设计表确定实施的试验方案；该方案中，从试验类型上包括两种加速试验，即快速温度变化循环试验、快速温度变化循环与随机振动综合试验；从试验组数上，按照试验设计需要进行三组试验，即快速温度变化循环剖面加速试验，简称A剖面加速试验、快速温度变化循环与随机振动综合剖面1加速试验，简称B剖面加速试验，振动量级为V₂，振动时间为t₁、快速温度变化循环与随机振动综合剖面2加速试验，简称C剖面加速试验，振动量级为V₂，振动时间为t₂；

步骤二：实施A剖面加速试验，进行40个循环的A剖面加速试验，在试验开始前和每个温度循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括：

a.记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；

b.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计放入温箱中，并安装在专用夹具上；

c.设定温箱运行程序：按照A剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；

d.按照设定的温箱运行程序实施试验；

e.一个循环试验后测试数据：完成A剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；

f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；

步骤三：实施B剖面加速试验，进行40个循环的B剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括：

a.记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的主要参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；

b.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+1g状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2.5kgf·cm，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态；

c.设定温箱和振动台运行程序：按照B剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照B剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V₂，振动时间为t₁；

d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验：在低温保温时间和高温保温时间内，即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V₂，振动时间为t₁的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+1g状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电；

e.一个循环试验后测试数据：完成B剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；

f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；

步骤四：实施C剖面加速试验，进行40个循环的C剖面加速试验，在试验开始前和每个循环剖面试验结束后都进行离线的加速度计参数测试，包括：

a.记录初始数据：试验前，将石英挠性加速度计安装在测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算石英挠性加速度计的参数，包括零偏、标度因数和非线性系数，记录试验前初始数据；

b.安装石英挠性加速度计：将石英挠性加速度计安装在三综合试验箱中的专用夹具上，按照+1g状态摆放，用3个螺丝拧紧，拧紧力矩为2.5kgf·cm，石英挠性加速度计处于不通电非工作状态；

c.设定温箱和振动台运行程序：按照C剖面中的快速温度变化循环剖面设定温箱运行程序，每次运行一个循环；按照C剖面中的随机振动功率谱密度剖面图设定振动台的运行程序，并设定振动量级为V₂，振动时间为t₂；

d.按照设定的温箱和振动台运行程序实施试验：在低温保温时间和高温保温时间内，即在继续保持低温或高温的情况下施加振动量级为V₂，振动时间为t₂的随机振动；并保证在振动前给加速度计通电，振动结束后对石英挠性加速度计进行功能测试，即记录下加速度计在+1g状态下的信号输出，记录完毕后给加速度计断电；

e.一个循环试验后测试数据：完成C剖面一个循环后，待石英挠性加速度计表面恢复到常温，将其取出温箱安装到测试工装上，按照性能参数测量方法测试计算一个循环试验后的石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数；

f.重复进行以上b、c、d、e四个步骤，共完成40个循环试验，得到40个循环后的试验数据和1个试验前初始数据；

步骤五：确定A、B、C三个剖面能够使石英挠性加速度计参数稳定的循环数：根据趋势项检验方法和波动项检验方法综合确定出三个剖面的稳定循环数；

通过对石英挠性加速度计三个剖面稳定循环数的对比，确定出效率最高的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面，为石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定提供了方法支持。

3.根据权利要求2所述的一种石英挠性加速度计加速稳定试验剖面的确定方法，其特征在于：在步骤二至步骤四中所述的离线的加速度计参数测试，即性能参数测量方法，其具体步骤如下：

1)加速度计按“门”状态安装在端齿盘上，保证加速度计安装力矩同一试验中保持一致；

2)通电后，将温控包的温度升至55℃±0.2℃，并保持30min；

3)达到保持时间后，测试采样电阻：将数字电压表置于电阻档直接读出，记下电阻R；

4)测试输出信号噪声：将数字电压表置于交流电压档直接读出，之后将数字电压表置于直流电压档；

5)将端齿盘顺时针方向旋转，依次使转角θ在0°，90°，180°，270°四个位置上，读取加速度计输出值作为该位置的输出值，分别记作U₀，U₉₀，U₁₈₀，U₂₇₀，然后端齿盘转回到0°；

根据以下公式计算得到石英挠性加速度计的零偏K₀、标度因数K₁和非线性系数K₂：

K₁＝(U₉₀-U₂₇₀)/2     标度因数，单位：V/g；

K₀＝(U₀+U₁₈₀)/2K₁    零偏，单位：mg

K2=-U0+U90-U180+U2702K1]]>非线性系数，单位：μg/g²。