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陀螺力矩器温度系数测量解决方案

项目背景

  在惯性导航系统中,陀螺和加速度计是系统的核心器件。陀螺和加速度计的工作精度,可靠性和稳定性是决定惯性导航系统精度、可靠性和稳定性的重要因素之一。随着惯性导航系统的应用领域的不断扩大,其使用的环境也变得日益恶劣。要保证在各种恶劣环境中可靠稳定的工作,就必须对各种环境的变化作出补偿。在各种环境因素影响中,温度的漂移是惯性器件的主要误差源。因此,陀螺和加速度计的温度误差测量和补偿技术的研究是当前惯性导航技术研究的热点课题之一。

需求分析

  对于动力调谐陀螺和石英挠性加速度计,温度对器件精度的影响主要表现在热胀冷缩使器件变形引起转子体质心轴向偏移、径向不平衡、不等弹性,力矩器内部各种材料的物理参数的变化等。上述影响中,力矩器内部材料物理参数的变化(主要是永磁磁性材料和软磁材料的温度系数)占主要地位。因此,测量和补偿力矩器温度系数成为提高动力调谐陀螺和石英挠性加速度计性能指标的关键因素。

测量原理

  • 采用测试间隙磁场中通电线圈力的变化来测量间隙磁场的变化,从而计算出温度系数。
  • 根据电流在磁场中力的效应,设计该测试系统。在磁场中F=BIL,力和磁场磁感应强度是线性的关系,那么测量导体在磁场中产生的力就可以推算磁场的大小。磁场测量的精度取决于电流、导线长度以及力。在B、L一定时,F与B成正比。即B=KF。如果分别测得温度T1、T2 时的对应力F1、F2,则温度系数可由以下公式α=(B2-B1)/(T2-T1)/B1=(F2-F1)/(T2-T1)/F1。

解决方案

  采用高稳定恒流源保证测试线圈电流稳定,高精度分析天平检测电磁力的变化,热敏电阻测量温度变化,可以精确的得到磁场变化和温度的关系,所有数据自动读入电脑,数据处理后即可测得不同温度下温度系数。



系统结构

 

技术参数

  • 测试间隙磁场温度系数分辨率:1×10-5
  • 测量温度范围:-40℃-100℃;
  • 温度显示分辨率:0.1℃;
  • 满足力矩器不同结构测试;
  • 测试数据的重复性:包括二次装卡和二次开机,测量值有效数字的±5×10-2:如测量平均值为4×10-4/℃,重复测量值为(3.8—4.2)×10-4/℃之间。

软件界面