[发明专利]一种三轴石英挠性加速度计总成及其测量方法

说明书

本发明一种三轴石英挠性加速度计总成，包括测量部件和数据转换部件；测量部件包括安装平台和三个石英挠性加速度计；安装平台呈三棱锥状，三个石英挠性加速度计分别对应固定设置在安装平台的三个侧面，安装平台的底面水平设置；三个石英挠性加速度计形成的轴线之间相互垂直，三个石英挠性加速度计的轴线之间沿水平面的夹角等分；一种加速度测量方法，步骤1，将三个石英挠性加速度计的敏感轴分别定义为U、V、W坐标轴，测量得到UVW坐标系下的加速度；步骤2，通过数据转换部件将UVW坐标系下的加速度转换为XYZ坐标系下的加速度，对外输出XYZ坐标系下的X、Y、Z三个轴向的加速度数字信号。结构简单，无需对石英挠性加速度计进行特殊设计。

技术领域

本发明涉及惯性测量领域，具体为一种三轴石英挠性加速度计总成及其测量方法。

背景技术

惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称IMU)通过测量载体在惯性参考系中的三个轴向角速度和加速度，通过对时间进行积分解算得到载体在导航坐标系中的速度、偏航角以及其他位置信息，是惯性导航系统的核心信息源。另外，惯性测量单元也已广泛应用于远程武器精确制导、卫星姿态控制、石油地质勘探、铁路轨道检查车测振等各个国防民生领域，具有极高的军事与社会效益。

作为IMU的重要仪表，三轴加速度计的性能直接影响导航系统的整体性能。石英挠性加速度计以其精度高、体积小、能耗低、可靠性高等特点，是目前IMU的首选器件。通常，三个单轴石英挠性加速度计相互正交放置，其中两个相互正交水平放置，第三个垂直方向放置，形成最基本的笛卡尔坐标系，从而达到三个轴向XYZ的加速度测量。使用这种加速度计配置方式时，在地球重力加速度的影响下，垂直方向放置的石英挠性加速度计的传动结构会受到持续的外界应力，使得三个方向的石英挠性加速度计工作状态不同，在静态下，x轴为0g，y轴为0g，z轴为+1g或-1g。这种持续的外界应力会加速老化石英挠性加速度计的使用寿命，放大三个轴向的石英挠性加速度计因工艺误差所导致的测量误差，因此，在一些精密测量领域需要单独对z轴加速度计进行特殊设计。另外，惯性导航系统在使用XYZ三个轴向的加速度分量时，需要提前消除实时重力加速度的影响，而重力加速度会随着地面高度、纬度以及附近矿藏分布等发生变化，从而对提高了惯性导航系统的复杂度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种三轴石英挠性加速度计总成及其测量方法，结构简单，无需对石英挠性加速度计进行特殊设计，同时降低重力加速度对三轴加速度计的影响。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种三轴石英挠性加速度计总成，包括测量部件和数据转换部件；所述测量部件测量UVW坐标下的加速度，数据转换部件将UVW坐标下的加速度转换为XYZ直角坐标系下的加速度；

所述测量部件包括安装平台和三个石英挠性加速度计；

所述安装平台呈三棱锥状，三个石英挠性加速度计分别对应固定设置在安装平台的三个侧面，安装平台的底面水平设置；所述三个石英挠性加速度计形成的轴线之间相互垂直，三个石英挠性加速度计的轴线之间沿水平面的夹角等分；

所述数据转换部件包括模数转换单元和FPGA信号处理单元；

所述三个石英挠性加速度计的输出端均连接模数转换单元的输入端，模数转换单元的输出端连接FPGA信号处理单元的输入端，FPGA信号处理单元的输出端连接数字系统。

优选的，所述安装平台底部依次设置有电路板和金属底座，所述数据转换部件设置在电路板上，所述安装平台上石英挠性加速度计的安装孔为通孔，石英挠性加速度计的输出端穿过通孔与底部的数据转换部件的输入端连接，所述金属底座上设置有引出端接口，数据转换部件的输出端连接引出端接口。

优选的，还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括加热装置、测温装置和控制装置；所述加热装置对测量部件进行加热，测温装置测量加热装置的加热温度，控制装置控制加热装置；