[发明专利]一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法

摘要

本发明一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其步骤如下：1.石英挠性加速度计高温步进应力试验；2.石英挠性加速度计低温步进应力试验；3.石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验；4.石英挠性加速度计振动步进应力试验；5.石英挠性加速度计安全使用边界确定：根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界。本发明利用强化试验方法，既考虑了加速度计功能特性，又考虑了加速度计性能参数变化特性，给出石英挠性加速度计的安全使用边界，缩短了试验时间，并为石英挠性加速度计的加速寿命试验或加速退化试验应力条件的选取提供依据。

主权项

一种石英挠性加速度计安全使用边界确定方法，其特征在于：该确定方法步骤如下：步骤一：石英挠性加速度计高温步进应力试验a.确定高温步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计工作温度设定初始温度，并设定步长、温度变化速率、每一步长停留时间，确保试验样件的温度达到热平衡；b.设定功能失效判据与参数超差判据：判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出几乎为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；d.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱温度由剖面初始温度开始，以设定步长逐步向上增温；在剖面的每个温度台阶下，当达到该步长停留时间后，对箱内的加速度计通电进行功能测试，记录加速度计在+1g和‑1g下的信号输出；之后，将温箱温度恢复到常温，将加速度计从温箱中取出，装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；e.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一温度台阶的高温试验；f.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温度值，确定上一台阶温度为加速度计的高温工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到前一个台阶温度，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，继续下一台阶试验，当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到前一个台阶温度或常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号均依旧异常，则此时在该台阶温度发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温度为加速度计的高温破坏极限；g.如果加速度计达到破坏极限或者试验达到温箱设备极限，则试验结束；h.如果试验达到温箱设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则将设备极限确定为产品的工作极限；步骤二：石英挠性加速度计低温步进应力试验其步骤同步骤一石英挠性加速度计高温步进应力试验的所有步骤；步骤三：石英挠性加速度计快速温度变化步进应力试验a.确定快速温度变化步进应力试验剖面：根据石英挠性加速度计高温步进应力试验和低温步进应力试验确定的高温工作极限和低温工作极限作为快速温度变化试验剖面的高温、低温值，剖面初始温度为常温，起始温变率采用10℃/min，在高温和低温温度分别保持时间为1h，确保试验样件的温度达到热平衡，温变率步长为5℃/min，每个步长的循环次数为3次；设定功能失效判据与参数超差判据，判据的设定包括两个方面：①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出接近零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；b.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；c.将待测石英挠性加速度计放入强化试验温箱内，并设定温箱运行程序为初始温变率下的温度循环剖面，加速度计处于非工作状态；在高温温度和低温温度达到保持时间使温度达到热平衡后，将加速度计通电进行功能测试，并记录+1g时的信号输出；如果功能测试信号输出正常，则继续试验，当经历完一个温变率台阶的三个循环后，恢复到常温，将加速度计从温箱中取出装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；d.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则放到温箱中继续进行下一个温变率台阶的试验；e.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的温变率值，确定上一台阶温变率为加速度计的温变率工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使温箱温度恢复到常温，并在温度稳定后，测试加速度计的功能输出信号，如果输出正常，则此时发生了可恢复故障，则设定上一个台阶温变率为加速度计的温变率使用极限；当功能测试信号输出异常，且将温箱温度恢复到常温，温度稳定后测试加速度计的功能输出信号依旧异常，则此时在该台阶温变率发生了不可恢复故障，确定上一个台阶温变率为加速度计的温变率破坏极限；f.如果加速度计达到破坏极限，则试验结束；g.如果试验样件在温箱最高温变率的情况下进行3次温循后，性能参数的精度没有超出规定范围，则按照最高温变率继续进行试验，如果超出范围试验截止，记录循环次数；如果超过10次温循还未超出范围，试验截止，并将加速度计的温变率工作极限值确定为这个台阶和上一个台阶温变率的平均值；步骤四：石英挠性加速度计振动步进应力试验a.确定振动步进应力试验剖面：石英挠性加速度计的振动步进应力试验选用随机振动，振动量级采用步进方式，初始振动量级为3gRMS，步长为3gRMS，每个振动量级保持时间为10min；针对不同目的需要选取不同的随机振动功率谱密度剖面；石英挠性加速度计加速稳定工艺的振动剖面采用20Hz～2000Hz的筛选谱对加速度计输出轴进行振动；石英挠性加速度计的加速退化试验或加速寿命试验中的振动量级安全使用范围，采用10Hz～500Hz的运输谱对加速度计输出轴进行振动；b.设定功能失效判据与参数超差判据：判据的设定包括两个方面，①功能失效判据为石英挠性加速度计输出电压饱和或输出为零；②参数超差判据为离线性能参数在每步试验后测试数据与试验前初始数据相比的变化量超过规定精度要求；c.测试初始数据：试验前，按照性能参数测量方法进行石英挠性加速度计离线精度测试，得到石英挠性加速度计的零偏、标度因数和非线性系数，记录初始数据；d.将石英挠性加速度计安装在振动试验台的专用工装上，保证振动方向为输出轴，工装夹具与振动台之间为刚性接触；并设定振动台运行程序为对应的功率谱密度剖面，从初始振动量级开始；e.在剖面的每个振动量级台阶下，对加速度计通电进行功能测试，观察加速度计信号输出值是否正常；当达到该步长振动时间后，停止振动，记录加速度计在+1g和‑1g下的信号输出；振动停止后，将加速度计装到精度测试工装上，按照性能参数测量方法进行离线精度测试；f.如果功能测试信号输出正常且离线精度测试也没有超过参数超差判据，则安装到振动台上继续进行下一台阶振动量级的试验；g.若加速度计出现参数超差，记录下此台阶的振动量级，确定上一台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动工作极限，继续进行试验；当功能测试信号输出异常时，则使振动停止，测试加速度计的功能输出信号，如果依旧异常，则此时在该台阶发生了不可恢复故障，确定上一个台阶振动量级为该振动剖面下的加速度计振动破坏极限；h.如果加速度计达到振动破坏极限，则试验结束；i.如果试验达到振动台设备极限且性能参数的精度没有超出范围，则在最高振动量级条件下依次增加振动时间为0.5h，1h，1.5h继续进行试验，如果超出范围试验截止；如果最高振动量级下振动1.5h性能参数还未超出范围，试验截止，将设备极限确定为该振动剖面下的加速度计振动工作极限；步骤五：石英挠性加速度计安全使用边界确定根据性能参数变化和强化试验确定的各应力工作极限作为石英挠性加速度计的安全使用边界，由此分别确定了石英挠性加速度计的高温工作极限、低温工作极限、温变率工作极限和振动工作极限，为石英挠性加速度计加速寿命试验或加速退化试验的应力范围提供使用依据。