0·前言
    慣導加速度計作為慣性導航系統和慣性制導系統的關鍵元件之一,其性能指標直接決定了慣性導航和慣性制導的精度。慣導加速度計的靜態性能指標主要包括:量程、偏值、標度因數、二階非線性、三階非線性等,作為一只合格的產品,以上性能指標必須進行檢測,并且能夠滿足技術指標的要求。
    精密離心機是對1g以上量程加速度計進行全量程性能試驗的重要設備。精密離心試驗就是以離心機的向心加速度為輸進量丈量加速度計各項性能參數的試驗,是對加速度計進行的基本試驗之一。因此,對精密離心機的不確定度進行分析是十分必要的。
    1·精密離心機工作原理
    為了進行1g以上量程加速度計全量程范圍的性能測試,要求離心性能夠提供正確的加速度值。
    根據力學原理,離心機所產生的向心加速度為
    a=W2R(1)
    式中:a為離心機所產生的向心加速度,m/s2;W為離心機的角速度,rad/s;R為離心機的工作半徑,即離心機回轉中心至加速度計質量中心的間隔,m。
    離心試驗中,由于加速度計的安裝誤差及動態失準角的變化,將引進一個重力加速度分量誤差。離心機的動態半徑變化也會使離心機的向心加速度偏離其理論值。此外,還有天體引力、地球自轉、丈量基座的運動噪聲等干擾輸進的影響。為了消除上述干擾對離心機試驗精度的影響,需要采取隔振措施把基座的運動噪聲幅值限制在答應的范圍之內,并通過離心機的正、反轉試驗求均勻值的辦法來消除地球自轉的影響。其他誤差因素則在式(2)中加以修正。
    當進行加速度計校準時,作用在加速度計輸進軸方向上的加速度表示為
    a=W2RcosAcosBgsinAgsinCsin(Wt)(2)
    式中:A為向心加速度與加速度計輸進軸在垂直方位的失準角,即俯仰失準角,rad;B為向心加速度與加速度計輸進軸在水平方位的失準角,即方位失準角,rad;C為主軸回轉鉛垂度,rad;g為本地重力加速度。
    2·離心機加速度的不確定度分析
    2.1不確定度來源
    由精密離心機的工作原理知,當進行加速度計校準時,離心機加速度的不確定度主要來源于①角速度的不確定度;②工作半徑(靜態半徑和動態半徑)的不確定度;③俯仰失準角的不確定度;④方位失準角的不確定度;⑤主軸回轉鉛垂度的不確定度。
    2.2合成標準不確定度分析
    依據公式(2),各分量不確定度的傳遞系數如下:
    c1=@a/@W=2WRcosAcosBgtsinCcos(Wt)t
    c2=@a/@R=W2cosAcosB
    c3=@a/@A=gcosA-W2RsinAcosB
    c4=@a/@B=-W2RcosAsinB
    c5=@a/@C=gcosCsin(Wt)
    由于主軸回
    轉鉛垂度引進的重力場分量在每轉是零均值的,即
    c5=@a/@C=∫T0gsin(Wt)dt≤-2g/W,取c5=-2g/W
    離心機加速度的合成標準不確定度為
    uc(a)=(c21u2(W)c22u2(R)c23u2(A)c24u2(B)c25u2(C))1/2(3)
    所以對精密離心機進行校準時必須考慮角速度W的不確定度和工作半徑R的不確定度,以及俯仰角、方位角、主軸回轉鉛垂度引起的不確定度。
    3·不確定度的實例分析
    根據以上分析,對某型號精密離心機進行不確定度評定。
    3.1轉速不確定度的來源和影響
    轉速不確定度主要來自:控制系統的跟隨特性,電機的力矩波動,速度反饋系統的誤差以及環境干擾等。轉速不確定度以兩倍的形式影響離心機輸出加速度的不確定度,是加速度不確定度的主要來源之一。此型號精密離心機角速度不確定度u(W)=5×10-6。
    3.2工作半徑不確定度的來源和影響
    工作半徑不確定度主要來自:丈量系統的不確定度,采集系統的不確定度及溫度影響帶來的不確定度。
    工作半徑不確定度也是精密離心機加速度不確定度的主要來源之一。此型號離心機工作半徑R=0.5m,其不確定度u(R)=5×10-6。
    3.3俯仰失準角造成的不確定度和影響
    俯仰失準角是指被校準加速度計的輸進軸在鉛垂平面內相對離心機半徑方向的偏角,此型號精密離心機的俯仰失準角A=10″,由于俯仰失準角在加速度修正時不作補償,所以將其直接作為誤差項,其不確定度u(A)=4.85×10-5。
    3.4方位失準角造成的不確定度和影響
    方位失準角是指被校準加速度計的輸進軸在水平面內相對離心機半徑方向的偏角,此型號精密離心機的方位失準角B=10″,由于方位失準角在加速度修正時不作補償,所以將其直接作為誤差項,其不確定度u(B)=4.85×10-5。
    3.5主軸回轉鉛垂度造成的不確定度
    主軸回轉中心線與地垂線不重合引進的分量,是一個交變分量,也就是說在每轉是零均值的。此型號精密離心機主軸回轉中心線與地垂線的角偏差C=5″,由于主軸鉛垂度在加速度修正時不作補償,所以將其直接作為誤差項,其不確定度u(C)=2.42×10-5。
    3.6精密離心機加速度的不確定度
    根據以上結論及公式(3),精密離心機在不同轉速下,對應的加速度值和合成標準不確定度如表1所示。
    此型號精密離心機的加速度丈量值為
    a=(W2R/918±5×10-5)ga<1g(k=1)
    a=W2R/918(1±5×10-5)ga>1g(k=1)