[发明专利]一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法

说明书

本发明公开了一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法，涉及多维惯性测量技术领域，所述预紧型六维加速度传感器包括：质量块、外壳、副板、预紧柱、支链，质量块和支链均设于外壳的容置腔内，外壳每个面的正中心有一个螺纹通孔和一个与螺纹通孔等距离的“U”形直沟槽，副板的侧板穿过直沟槽伸出外壳，副板的底板置于外壳的内部，预紧柱穿过螺纹通孔与副板的底板内侧面接触,12根支链等分成6组且每组共用1个球铰链。所述故障自诊断方法包括步骤S1构建支链电压协调方程，S2判断支链电压协调方程是否成立，S3计算支链电压的修复值，S4对支链故障进行自动修复。本发明能够解决传统技术中普遍存在的支链预紧和故障诊断这两个难题。

技术领域

本发明涉及多维惯性测量仪器领域，特别是涉及一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法。

背景技术

加速度传感器在振动实验中有着重要作用，它采样得出振动试验中监测点的振动量值，为开展振动方面的研究提供数值依据，所以，加速度传感器本身性能的优劣直接影响待测对象最终的处理效果。刚体在空间的运动包括沿3个主坐标轴方向的平移和绕3个主坐标轴的旋转，其振动加速度分别对应于三维线加速度和三维角加速度，合称“六维加速度”。传统方法一般采用若干个单维加速度计或者加速度计配合陀螺仪的方式来获得载体的六维加速度信息。然而，由于多个惯性质量块的质心位置不一致，系统对各加速度计以及陀螺仪的安装精度要求非常高；另外，这种组合方式在力学原理上就存在较严重的杆臂效应和横向灵敏度效应，故其原理精度较低。本发明人在专利《冗余并联式六维加速度传感器及其测量方法》中发明了一种基于9-SPS 并联机构构型的单质量块一体化六维加速度传感器，仍然不能解决多输入多输出类传感器中普遍存在的两个难题，从而阻碍了其实用化进程：第一，每根支链的两个端点相对于外壳的位置绝对固定，在支链的轴向上无法施加预紧力，六维加速度传感器工作时串接在所有支链中间的敏感元件就处于受拉、受压的交替变化模式下，容易产生支链松脱、电极与导线接触不良、信号泄漏等现象，导致输出信号的信噪比较大；第二，众多支链在长时间测量过程中，尤其是在多物理场的复杂环境下工作时不可避免地会出现故障，包括硬件故障和软件故障，加速度解耦算法中的输入量与其真实值之间就存在极大偏差，导致解耦结果完全失真，表现为测量系统的瘫痪。在专利《整体预紧双层上下对称八杆并联结构六维力传感器》针对六维力传感器的预紧问题发明了一种预紧方法，但存在系统精度、灵敏度等性能的各向同性度较弱的问题。在专利《汽车电子稳定控制系统传感器故障诊断和容错控制方法》针对汽车电子稳定控制系统内传感器的故障问题发明了一种故障诊断方法，不足之处是运动特征参量阈值的设置严重依赖于测量对象的工况条件，具有不确定性，实际操作时比较困难。那么如何使现有六维加速度传感器的弹性体拓扑构型与测量对象的六自由度运动特征以及传感器本身的维间耦合特性完全匹配是亟待解决的问题。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种更为有效的方法，使现有六维加速度传感器的弹性体拓扑构型与测量对象的六自由度运动特征以及传感器本身的维间耦合特性完全匹配，以满足实际应用中的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种预紧型六维加速度传感器及其故障自诊断方法，从弹性体拓扑构型出发，对六维加速度传感器的预紧和容错问题进行创造研究，以满足实际应用中的需求。