GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法.docx
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GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法1.范围
本标准规定了单轴摆式伺服线加速度计试验的项目和方法 ^
本标准适用于陆.海.空.天等各种载体的惯性导航 .惯性制导和调平系统中所使用的
各种非陀螺单轴摆式伺服线加速度计 （以下简称加速度计）的试验.其他类型的加速度计如振
梁加速度计.线位移加速度计.微机械加速度计等可参考使用 .
2.规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 .凡是注日期的引用文件，
其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可以使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件 ，其最
新版本适用于本标准.
GJB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求。
GJB152军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量。
IEEEStd836-2001线加速度计精密离心机试验规范
3.术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
艾伦方差Allanvariance
表示一个时间上连续的数据系列其相邻数据组对平均时间的平均方差。
而术语“艾伦
方差”更确切的叫法应是“艾伦方差的平方根” 。
3.2
功率谱密度PSD
用来表示作为正负频率函数的加速度计输出噪声的方差，以 g2/Hz表示。
通常用数据的
快速博立叶转换（FFT）整体的或频率的幅值平方的平均值来计算。
3.3
自旋修正系数spincorrectioncoefficient
当加速度计绕平行于输入基准轴且通过其角速度有效质心作用有角速度时，加速度计输出的偏值变化与角速度平方之间的比例系数。
4.加速度计模型方程
4.1加速度计基准轴
加速度计输入基准轴 （IA）,摆基准轴（PA）和输出基准轴（OA）的方向用右手定则确定，
如图1所示。
用矢量式可表示为：
IAPA=OA
输出基准轴CQA）/
笥人基叁轴
（IA）¥
接基准轴（PA）?
图1加速度计的基准轴
4.2模型方程
加速度计的模型方程是表达加速度计的输出度之间的数学关系式，见公式
（1）〜（3）:
E与沿加速度计基准轴作用的加速度.角速
K。
+K0sign（a）+1+K1sign（a）
=K1< 2 2
2 3
d+3id+（d+（句+60ap
Qpao
2 2
Kipaiap Kioaiao KpoapaoKppap K00ao Kspin,"'i'pKang.accel"7,o二,
Kspin="（Ji-Jp）-P「c]/P
（2）
Kang.accel
=[Jo-PM
式
（1）〜（3）中：
E——加速度计输出，输出单位为 伏特（V）、毫安（mA、脉冲数每秒（S-1）等。
K 标度因数，单位为伏特每重力加速度（V/g）、毫安每重力加速度（mA/g）、脉冲数/秒
每重力加速度（S-1/g）等。
Ko——偏值，单位为重力加速度（g）。
Ko——偏值不对称性，单位为重力加速度（ g）。
Ki——标度因数不对称性。
4.2ap,a。
一一分另"为沿IA,PA和OAffl作用的加速度，单位为重力加速度（ g）。
二1,ai0
i
sign（a）——符号函数，为《一1,ai<0>
曾ai=0,
K2一一二阶非线性系数，单位为重力加速度每平方重力加速度（ g/g2）
&一一三阶非线性系数，单位为重力加速度每立方重力加速度（ g/g3）
6。
一一输入轴相对于输入基准轴 IA绕输出基准轴OA的安装误差，单位为弧度（rad）
6P一—输入轴相对于输入基准轴 IA绕摆基准轴PA的安装误差，单位为弧度（rad）
KpKoKo 交叉耦合系数，单位为重力加速度每平方重力加速度（g/g2）
KpKoo 交叉轴非线性系数，单位为重力加速度每立方重力加速度（g/g3）
工加一一自旋修正系数，单位为重力加速度每弧度每秒的平方
（g/（rad/s）2）
Kang.accel一—叫加速度系数，单位为重力加速度每弧度每秒的平方
rad/s）
（g/（rad/s）2）
®i,«p,®o一一分另1J为沿IA.PA和OA轴作用的角速度分量，单位为弧度每秒（
2、
P-
Ji,Jp,Jo一—摆相对与支承中心的转动惯量，单位为克厘米平方（g•cm）
摆性等于摆的质量乘以摆的质心到支承中心的距离，单位为克厘米（
rc——从支承中心到假设的输入加速度在摆上的作用点之间的距离，单位为厘米（ cm）
；——噪声和非模型化等误差，单位为重力加速度（ g）。
4.3简化模型方程
简化模型方程见公式（4）:
2
E=Ki{Koai（ai、/p-、pa）
4.4进一步简化的模型方程
进一步简化的模型方程公式（5）:
E=Ki{K。
&}
5.试验环境条件和试验设备
5.1标准试验条件
5.1.1标准大气条件
5.1.1.1正常试验条件如下：
a）气压：
试验场地的气压；
b）环境温度：
15c〜35C；
c）相对湿度：
20380%
5.1.1.2仲裁试验条件如下：
a）气压：
86kPa~106kPa;
b）环境温度：
23c±2C；
c）相对湿度：
（50±5）%
5.1.2电磁环境
试验场地应有良好的接地装置和次环境，具体要求按产品技术条件。
5.1.3振动条件
试验场地测试台的基础应稳定，振动小，具体要求按产品技术条件。
5.1.4机械安装条件
加速度计测试夹具的安装条件应满足以下要求：
a）加速度计的三个基准轴与安装夹具的三个轴线之间的安装误差应满足产品技术条件
的要求
b）测试夹具的安装表面的粗糙度、安装面之间、安装面与其它设备（如分度头、端齿盘、离心机、振动台等）的安装面之间的垂直度和平行度应满足产品技术条件的要求。
5.1.5工作温度条件
对于在规定温度下工作的加速度计，应考虑如下的工作温度条件：
a）加速度计应达到热平衡
b）工作温度的波动范围和温度梯度应满足产品技术条件的要求。
5.1.6电气连接
接地、试验点、电路保护、引线长度和屏蔽等电气连接按产品技术条件规定进行。
5.2试验设备
5.2.1一般要求
试验设备和仪器的精度必需高于被测加速度计的精度。
若用两者的系统误差进行比较，
前者的误差应比后者小一个数量级以上； 若用两者的随机误差进行比较， 前者误差应小于后
者三分之一。
测试设备的带宽应满足测试所需的频谱范围。
所用的试验设备、仪器均应经计量部门检定合格，并在有效期内使用。
试验所用的全部计算机软件应经验证合格、可靠和实用，并有合乎规范的使用手册。
5.2.2试验设备和仪器
所用的试验设备、仪器主要包括如下通用和专用设备：
a）各种交、流电源；
b）加速度计专用测试仪、安装夹具；
c） 测试数据采集系统；
d）电压表、电流表、兆欧表、抗电试验器、示波器、频率计、频谱分析仪等；
e）精密分度装置（端齿盘、分度头、自动转台等）；
f） 水准仪或准直仪；
g）振动和冲击设备；
h）离心机；
i） 速率转台；
j） 环境试验箱；
k） 产品技术条件规定的其他仪器和设备。
6.试验方法
6.1试验状态
6.1.1非工作条件试验
非工作条件试验如下：
a）初特别说明外，所有的试验条件应满足5.1的要求；
b）在不进行试验时，加速度计应置于减振包装内或固定夹具上，避免意外的机械
损坏；
c）注意避免因加速度计引出点之间的短路而造成的意外损坏。
6.1.2工作条件试验
6.1.2.1电气连接
电气连接应按加速度计的产品技术条件进行电气连接。
6.1.2.2OA轴水平翻滚试验（摆态试验）
OA轴水平翻滚试验状态（摆态试验）如下：
a）除特别说明外，所有试验条件应满足5.1的要求。
b）将分度头置于 00时，加速度计的输入基准轴与水平面的夹角应满足产品技术条件
的要求，输出基准轴平行于旋转轴，摆基准轴垂直向下。
当分度头旋转至 900时，
输入基准轴正方向垂直向上。
c）试验之前加速度计及安装夹具应达到热平衡。
6.1.2.3PA轴水平翻滚试验（门态试验）
PA轴水平翻滚试验状态（门态试验）如下：
a）除特别说明外，所有试验条件应满足5.1的要求。
b）将分度头置于 00时， 加速度计的输入基准轴与水平面的夹角应满足产品技术条件的
要求，输出基准轴垂直向下，摆基准轴平行于旋转轴。
当分度头旋转至 900时，输入基准
轴正方向垂直向上。
c）试验之前加速度计及安装夹具应达到热平衡。
6.2一般试验
6.2.1外观检查
按加速度计的设计图样要求，检查标记、外观质量、尺寸等。
6.2.2质量
按加速度计的设计图样要求，称量加速度计的质量。
6.2.3阻抗
6.2.3.1目的
检测加速度计电路间的阻抗。
6.2.3.2试验设备
按产品技术条件规定的阻抗电阻测量设备。
6.2.3.3试验状态
试验状态条件按 6.1.1.
6.2.3.4试验方法
加速度计处于非工作状态，按产品技术条件的要求，测量其规定点的阻抗和电阻。
6.2.4绝缘电阻
6.2.4.1目的
检测加速度计的独立电路间以及独立电路与外壳间的绝缘电阻。
6.2.4.2试验设备
按产品技术条件规定的兆欧表。
6.2.4.3试验状态
试验状态按 6.1.1.
6.2.4.4试验方法
加速度计处于非工作状，按产品技术条件规定的要求，测量其规定点的绝缘电阻。
6.2.5绝缘介电强度
6.2.5.1目的
通过检测加速度计独立电路间以及独立电路与外壳间的泄漏电流，确定工作电压范围内
以及由于电源通断、电源电压浪涌等原因造成超出工作电压的范围的情况下加速度计的电路
能否正常工作。
6.2.5.2试验设备
按产品技术条件规定的抗电试验器。
6.2.5.3试验状态
试验状态按 6.1.1。
6.2.5.4试验方法
加速度计处于非工作状态，按产品技术条件规定的测量点和电压值及电压变化率，将试
验电压从零均匀地上升到规定电压值，保持规定的时间，随后按规定的电压变化率降至零。
试验期间应无击穿、跳火花或电晕现象发生，泄漏电流应在规定范围内。
此试验不宜重复进行，必需重复时，试验电压应降为前次试验电压的 80%。
6.2.6密封性
6.2.6.1目的
检测加速度计的密封性。
6.2.6.2试验设备
充液加速度计包括双目显微镜、真空室等。
充气加速度计包括检漏仪或浸泡液体（按产品技术条件）、真空室等。
6.2.6.3试验状态
试验状态按 6.1.1.
6.2.6.4试验方法
试验方法如下：
a）充液加速度计：
将加速度计表面清洗干净后，置于真空室内抽真空至规定气压，在规定温度下，经过规定的时间后将其取出，用显微镜检测有无漏液；
b）充气加速度计：
将加速度计放入真空室内抽真空至规定气压，保持规定的时间，在规定温度下，用检漏仪检测气体的泄漏；或将加速度计放入浸泡液中然后再放入真空室内抽真空
至规定气压，保持规定的时间，在规定温度下，观察有无气泡溢出，注意区分气泡是由漏气
产生还是因外表吸附气体所引起的。
6.2.7磁泄漏
6.2.7.1目的
确定加速度计附近的漏磁场。
6.2.7.2试验设备
试验设备包括磁场检测仪器、无磁安装夹具。
6.2.7.3试验状态
将无磁安装夹具安装与固定基座上，在不安装加速度计的情况下测试安装夹具附近的磁
场。
之后安装加速度计。
6.2.7.4试验方法
加速度计不通电，按规定测试加速度计附近的漏磁强度。
之后给加速度计通电，按规定
测试加速度计附近的漏磁强度。
6.2.7.5试验结果
加速度计非工作状态的磁泄漏等于加速度计不通电时测得的最大漏磁场强度减去不安装
加速度计的情况下的磁场强度。
加速度计工作状态的磁泄漏等于加速度计通电工作时测得的最大漏磁场强度减去不安装
加速度计的情况下的磁场强度。
6.3工作性能测试
测试加速度计的工作性能。
6.3.1功能性检测
6.3.1.1目的
检测加速度计的各种功能性参数。
6.3.1.2试验设备
试验设备包括分度头、安装夹具、加速度计工作和测试所需的测试仪器。
6.3.1.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
6.3.1.4试验方法
按照产品技术条件检测加速度计的各项功能性参数（如传感器电零位、传感器的相位和
极性、力矩器极性、自检测力矩器极性、自检测功能、输入电流、输出信号波形等）。
6.3.2噪声
6.3.2.1目的
确定加速度计输出信号中的噪声特点。
6.3.2.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、及速度及工作和测试所需的测试仪器，频谱分析仪等。
6.3.2.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
并应使试验地基环境振动等背景
噪声减至最小。
6.3.2.4试验方法
在加速度计信号读出电阻两端不接滤波装置，测量加速度计信号中的交流分量，并同时
用示波器进行监测。
转动分度头，改变输入加速度，测量输出信号中的交流分量。
如果噪声特性是通过计算其功率谱密度值 PSD艾伦方差或偏离其平均输出的均方根有
效值进行的，则测试时加速度计输入基准轴IA因取垂直方向，并采用频谱分析仪进行高速
数据采集和快速博立叶变换（FFT）分析，或用较慢的采样速率在较长的时间跨度上进行数
据采集和处理。
6.3.2.5试验结果
加速度计输出信号中的噪声常用交流分量的有效值来表示，或用功率谱噪声密度值 PSD、
艾伦方差表示。
6.3.3静态多点试验
6.3.3.1目的
在重力场内进行多点翻滚测试以分离出加速度计模型方程的各项系数。
6.3.3.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、加速度计工作和测试所用的仪器等。
6.3.3.3试验状态
按6.1.2.1、6.1.2.2和6.1.2.3进行。
6.3.3.4试验方法
按摆态和门态进行试验。
如果摆态测试和门态测试的数据一致性好，或根据实际使用安
装状态，则可以简化只作其中一种安装状态的测试，方法如下。
：
a）将分度头按顺时针方向旋转， 取等角增量 0n=3600/n,在n个角度位置上进行测试，各
转角。
为：
00、。
n、2。
n、……k。
n、……（n-1）0no
在每一角位置上按产品技术条件要求连续测量多组加速度计的输出值E；
b）接着，将分度头按顺时针方向旋转到 3600，然后再逆时针方向旋转分度头， 按角度递减
顺序，重复上述n个角度位置的测试。
6.3.3.5试验结果
试验数据处理如下：
a）分别计算分度头顺时针旋转和逆时针时各位置输出值的平均值；
b）参照附录A进行数据处理，分离出模型方程系数的最佳估计值，各系数的标准偏差和
拟合误差；
c）一般状况下，两种安装状态下分离的系数应无明显差异。
取两种状态下的平均值作为
该系数的最佳估计值；
d）求得滞环误差AH=AE/K1 （6）
式中：
AH——滞环误差；
AE——测试数据中顺时针和逆时针旋转时输出平均值之差的最大值。
以上计算的滞环误差中包括时间漂移误差和温度漂移误差在内，应尽量避免。
如某一位
置上的飘逸较大，可以单独在该位置上进行顺时针和逆时针旋转，再求出滞环误差。
对于在低加速度环境下使用的加速度计，可在精密离心机上进行小加速度翻滚试验分离
其系数。
对于在高加速度环境下使用的加速度计，应在精密离心机上进行高加速度翻滚试验
分离其系数。
本翻滚试验是在正负一个重力加速度的重力场内进行的多点翻滚测试，其系数
分离的精度，特别是高阶系数的分离精度受局限。
6.3.4四点翻滚试验
6.3.4.1目的
确定加速度计的偏值 %、标度因数G二阶非线性系数&、输入轴安装误差80和8「。
6.3.4.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、加速度计工作和测试所需的仪器等。
6.3.4.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
6.3.4.4试验方法
将分度头按顺时针方向旋转，依次使转角在 0。
、90。
、180。
、270。
四个位置上，按
产品技术条件要求连续测量多组加速度计的输出值 E。
；
接着，将分度头按顺时针方向旋转到 360。
，然后再逆时针方向旋转分度头，使其转角
分别在270。
、180。
、90。
、0。
四各位置上，按产品技术条件要求测量多组加速度计的输出值E。
6.3.4.5试验结果
试验结果如下：
a）分别计算分度头顺时针旋转和逆时针旋转时个位置输出值的平均值；
b）计算公式（7）-（11）:
E90-E270
-o——⑺
2g
Ko
E0E180（8）
2K1
E0•E90-E180 E270,C、
|K2= 2 （9）
2Kig2
E180-E。
（10）
2K1
E0-E180 （11）
2K1
式中：
E0、E90、曰80、E270——分别为0°、90°、180°、270°位置顺转和逆转的总平均值。
按上述方法求取的标度因数 K1中包含三阶非线性系数 K3的影响。
按上述方法求取的 K2
为一个重力加速度重力场内的二阶非线性系数， 如在高重力加速度下使用应进行精密离心机
试验。
8。
、M分别按6.1.2.2 （摆态试验）和按6.1.2.3（门态试验）安装状态下的测试数
据求得的安装误差角。
6.3.5两点法试验6.3.5.1目的
确定加速度计的偏值 K）、标度因数K。
6.3.5.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、加速度计工作和测试所需的仪器等。
6.3.5.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2
6.3.5.4试验方法
将分度头转角旋转到
日0；接着，将分度头旋转至值E270O
6.3.5.5试验结果
根据测试值，按公示（
（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
90。
位置上，按产品技术条件要求连续测量多组加速度计输出值
270。
位置上，按产品技术条件要求连续测量多组加速度计输出
12）计算偏值检。
=E90,E270（12）
2Kl
标度因数Ki的计算公式（7）。
按上述两点法求取的偏值 Ko、标度因数K中分别含有E、K3
等系数在内。
6.3.6阈值、分辨率和死区
6.3.6.1目的
确定在不同加速度输入时，在给定的加速度输入增量的条件下，加速度计的输出能否大
于按标定的标度因数计算的变化量的 50%
6.3.6.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、加速度计工作和测试所需要的仪器等。
6.3.6.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
注意在旋转分度头时应平稳缓慢。
6.3.6.4试验方法
试验方法如下：
a）阈值
1）将分度头转到0=0°（零g）,测量加速度计的输出值；
2）计算和要求的阈值相对应的角度增量 A0;
3） 将分度头的位置转至+A0,测量加速度的输出值，然后回到0。
位置，测量加
速度计的输出值。
4）将分度头的位置转至-A。
，测量加速度的输出值，然后回到0。
位置，测量加
速度计的输出值。
5）重复3）、4）三次；
6）如需要精确计算加速度的阈值时，可将A0逐渐减小进行测试。
b）分辨率
1） 转动分度头，使输入加速度值不为零（推荐小于等于 0.5个重力加速度），测量
加速度计的输出值。
2）计算与要求的分辨率相对应的角增量 A0。
3）将分度头位置按相应的 A0转到，测量加速度的输出值。
共递增测试 3次以上，
测量各次的输出值。
c）死区：
1））对于数字量输出加速度计，转动分度头，使其处于“零输出”附近；
2）计算和死区大小相对应的角度增量 A0;
3）以角度增量A。
逐步转动分度头，测量加速度的输出，分度头转动的方向应使加速度计的输出改变极性。
6.3.6.5试验结果
试验结果如下：
a）计算加速度计增量Aai：
首先计算对应于每个角度增量 A0的加速度增量Aai见公式（13）
ai=g[sin（%—）-sin^]（13）
式中：
Aai——加速度增量，单位为重力加速度（ g）;
0i——分度头起始转角，单位为弧度（rad）;
A0——相对于起始角度0i的角度增量A0,单位为弧度（rad）。
b）加速度计的理想输出增量 AE见公式（14）：
AE=KXAa （14）
c）计算每一角增量位置加速度计输出增量的平均值 Ab;
d）比较实际输出增量的平均值 AEp和理想输出量AE之比，当
."-EP〜 〜
—P100%,50%
△E
则其阈值、分辨率或其死区即为合格。
对于为给定阈值、分辨率或其死区的加速度计，可按上述方法逐步递增或递减 Aai求取
其参数的大小。
6.3.7加热时间6.3.7.1目的
确定加速度计在规定的环境下通电后能够进入稳态输出值的某一范围时所需要的时间。
6.3.7.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具、加速度计动作和测试所需要的仪器及环境试验设备等。
6.3.7.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
6.3.7.4试验方法
将分度头转至0。
或90。
位置；将加速度计周围的温度升至规定温度，并达到热平衡；加速度计通电，测量加速度计输出随时间的变化，直到输出数值稳定到所要求的范围为止。
6.3.7.5试验结果
从加速度计通电到输出进入规定的稳态输出值的某一范围的时间即为加温时间。
6.3.8短期稳定性
6.3.8.1目的
确定加速度计的偏值 %、标度因数K在短期通电过程中的稳定性。
6.3.8.2试验设备
试验设备包括分度头和安装夹具，加速度计工作和测试所需的仪器等。
6.3.8.3试验状态
按6.1.2.1和6.1.2.2（或6.1.2.1和6.1.2.3）进行。
6.3.8.4试验方法
试验方法如下：
a）在加速度计通电稳定后，按6.3.4进行四点翻滚测试；
b）加速度计不断电，每隔规定的时间重复 a）,重复次数按产品技术条件确定。
6.3.8.5试验结果
根据n次测试值分别计算各次的系数平均值和标准偏差。
应满足产品技术条件要求。
偏彳tK）的计算方法见公式（15）〜（16）:
n
--Koi
心■^— （15）
n
'（K°i-K。
）2
二Ko」 （16）
1n7
K1——偏值的平均值，单位为重力加速度（g）;
Koi——第i次测试所得偏值，单位为重力加速度（g）;
n——测试次数；
仃「一一偏值的标准偏差，单位为重力加速度（g）。
标度因数Ki的计算方法见公式（17）〜（18）:
n
:
一K1
升级会员 