石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法与流程

1.本发明涉及石英挠性加速度计，具体涉及一种石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法。


背景技术：

2.石英挠性加速度计作为惯性导航系统的关键传感器单元，主要用来检测运载体的线运动信息。石英挠性加速度计由上力矩器组件、下力矩器组件、摆组件、隔离环、伺服电路及外壳组成，上下力矩器组件(下文简称力矩器)采用同名磁极对顶布局，在间隙间形成均匀磁场，为摆组件动圈通电工作提供磁能来源。
3.标度因数k1为石英挠性加速度计输出量与输入量的比值，其长期重复性是石英挠性加速度计在惯导领域应用的核心指标。标度因数k1的计算公式见式(1)。
[0004][0005]
影响标度因数k1长期重复性的因素较多，其中，力矩器气隙磁密b的衰减是影响标度因数k1长期重复性的关键因素，由式(1)可知，力矩器中磁钢的磁性能衰减会导致摆组件动圈工作位置的力矩器气隙磁密b减小，进而带来标度因数k1不断向大漂移。为了从源头提升石英挠性加速度计标度因数k1的长期重复性，具有较大矫顽力的钐钴磁钢成为了加速度计行业的优选。
[0006]
如图2所示，力矩器07主要包括轭铁08、钐钴磁钢09、及磁极片010，力矩器07装配完成后，使用充磁机按一定方向进行充磁后，钐钴磁钢09便具有了极性，力矩器07的主磁通由钐钴磁钢09n极经磁极片010、气隙011、轭铁08至钐钴磁钢09s极形成闭合回路，磁路的能量来源于钐钴磁钢09，因此磁性能的稳定性主要取决于钐钴磁钢09。钐钴磁钢09充磁后，由于内部组织结构的变化，其内部不稳定磁畴随时间与外界条件发生不可逆的变化，导致钐钴磁钢09的磁性能产生衰减，进而导致标度因数k1随之增大。因此为了实现加速度计标度因数k1的快速稳定，在加速度计组件装配阶段，对使用钐钴磁钢的力矩器采取必要的稳定处理技术，将其磁性能随时间与外界条件的衰减尽可能提前处理完毕，使其在后期使用及贮存期间随时间的变化尽可能小，以保证加速度计在使用及贮存期间的标度因数k1的长期重复性。
[0007]
中国专利cn106556716b公开了一种石英挠性加速度计力矩器稳定处理方法，该方法将高频振动台频率调至10khz～20khz，振动量级设为1g～5g，进行2～5小时高频定频振动，振动过程用高速连续采集系统进行数据收集；对加速度计力矩器进行温度冲击稳定化处理，对力矩器进行-40℃～120℃温度循环，循环次数3～5次；对加速度计力矩器进行高温稳定化处理，将力矩器放入100℃～160℃温箱，保温5～10小时。但是该现有技术所存在的缺陷是：1)耗时长、效率低、长时间占用较多设备；2)钐钴磁钢内部不稳定磁畴一般在300℃以上才能实现稳定处理，而力矩器装配完成后因受各零件装配时使用的胶粘剂约束，进行温度处理时，温度点设置受限(高温仅160℃)，导致仅能实现对装配应力的释放，对钐钴磁
钢内部不稳定磁畴的处理十分有限。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是解决现有的石英挠性加速度计标度因数稳定处理方法存在耗时长、效率低、长时间占用较多设备，以及因力矩器受胶粘剂约束而对钐钴磁钢内部不稳定磁畴的处理十分有限的技术问题，而提供了石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法。
[0009]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010]
一种石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，所述石英挠性加速度计包括力矩器；其特殊之处在于，通过对力矩器的气隙磁密的稳定处理实现石英挠性加速度计标度因数的快速稳定处理，对力矩器的气隙磁密的稳定处理包括以下步骤：
[0011]
s1、确定待处理力矩器的退磁电压xe；
[0012]
s2、对待处理力矩器进行退磁稳定处理，具体为：
[0013]
s2.1、按照充磁极性要求选择正确的方向，将多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，进行充磁至饱和；
[0014]
s2.2、按照充磁极性要求选择与步骤s2.1中充磁的相反方向，将步骤s2.1中充磁至饱和的多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压为xe，进行退磁稳定处理；
[0015]
s2.3、将退磁稳定处理完成的多个待处理力矩器取出，重复步骤s2.1～步骤s2.2，直至完成该批次待处理力矩器的退磁稳定处理，获得气隙磁密稳定的力矩器，进而实现石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理。
[0016]
进一步地，步骤s1具体包括以下步骤：
[0017]
s1.1、准备与待处理力矩器批次型号相同的待处理力矩器样本组；按照充磁极性要求选择正确的方向，将待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，进行充磁至饱和；所述待处理力矩器样本组包括至少五个待处理力矩器样本；
[0018]
s1.2、选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将步骤s1.1中充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压xe＝x1，进行两次退磁；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本多个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则执行s1.3；否则，确定待处理力矩器的退磁电压xe＝x1；
[0019]
s1.3、选择与待处理力矩器批次型号相同的另一组待处理力矩器样本组，重复步骤s1.1，然后选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，第m次增加退磁电压至xe＝x1+h1+
……hm
，m为大于等于1的整数，进行两次退磁，hm为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本多个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则重复该步骤；否则，确定待处理力矩器的退磁电压xe＝x1+h1+
……hm
。
[0020]
进一步地，s1.1中，所述待处理力矩器样本组包括五个待处理力矩器样本。
[0021]
进一步地，s1.2中，设置退磁电压xe＝x1，x1为充磁电压的3％-5％，进行两次退磁；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试。
[0022]
进一步地，s1.3中，hm为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小，减小的量为上一次的20％-30％；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
1、本发明基于影响石英挠性加速度计标度因数长期重复性的关键因素，提供了石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，该方法可以快速实现力矩器钐钴磁钢内部不稳定磁畴的衰减，获得气隙磁密稳定的力矩器，进而实现石英挠性加速度计标度因数的快速稳定。此外，本发明通过使用确定的待处理力矩器的退磁电压xe对待处理力矩器进行退磁稳定处理，无需长时间占用较多设备，耗时短，效率高，降低操作难度。
[0025]
2、本发明通过采用与待处理力矩器批次型号相同的待处理力矩器样本组进行试验，可快速确定待处理力矩器的最佳退磁电压，对使用同一款钐钴磁钢的力矩器，只要不改变磁钢类型或者厂家，最佳退磁电压即可不用改变，能够实现生产状态稳定可控。此外，本发明中的hm作为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小，保证了hm不会因选择值过大而导致最佳退磁电压发生偏差，能够实现精准确定最佳退磁电压的效果。
附图说明
[0026]
图1为本发明石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法的流程图；
[0027]
图2为力矩器的结构示意图。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
如图1所示，本发明基于影响石英挠性加速度计标度因数长期重复性的关键因素，提供了石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，石英挠性加速度计包括力矩器，通过对力矩器的气隙磁密的稳定处理实现石英挠性加速度计标度因数的快速稳定处理，对力矩器的气隙磁密的稳定处理包括以下步骤：
[0030]
s1、确定待处理力矩器的最佳退磁电压为xev，其中xe为电压值，v为电压的单位，具体为：
[0031]
s1.1、准备与待处理力矩器批次型号相同的待处理力矩器样本组；按照充磁极性要求选择正确的方向，将待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，点击开始按钮，对待处理力矩器样本组进行充磁至饱和；其中，待处理力矩器样本组包括至少五个待处理力矩器样本，本实施例中待处理力矩器样本组包括五个待处理力矩器样本；
[0032]
s1.2、选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将步骤s1.1中充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压xe＝x1v，进行两次退磁，x1是一个较小值，x1为充磁电压的3％-5％；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则执行s1.3；否则，确定待处理力矩器的最
佳退磁电压xe＝x1；
[0033]
s1.3、选择与待处理力矩器批次型号相同的另一组待处理力矩器样本组，重复步骤s1.1，然后选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，第1次增加退磁电压至xe＝(x1+h1)v，进行两次退磁；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则重复上述本步骤；直至第m次增加退磁电压至xe＝(x1+h1+
……hm
)v，m为大于等于1的整数，进行两次退磁，hm为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小，减小的量为上一次的20％-30％；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试，第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密均不发生变化，则确定待处理力矩器的最佳退磁电压xe＝(x1+h1+
……hm
)v。
[0034]
s2、对待处理力矩器进行退磁稳定处理，具体为：
[0035]
s2.1、按照充磁极性要求选择正确的方向，将多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，点击开始按钮，对多个待处理力矩器进行充磁至饱和；
[0036]
s2.2、按照充磁极性要求选择与步骤s2.1中充磁的相反方向，将步骤s2.1中充磁至饱和的多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压为xev，点击开始按钮，对充磁至饱和的多个待处理力矩器进行退磁稳定处理；
[0037]
s2.3、将退磁稳定处理完成的多个待处理力矩器取出，重复步骤s2.1～步骤s2.2，直至完成该批次待处理力矩器的退磁稳定处理，获得气隙磁密稳定的力矩器，使用气隙磁密稳定的力矩器装配成石英挠性加速度计，进而可以实现石英挠性加速度计在使用过程中标度因数的快速稳定，从而实现良好的长期重复性精度。
[0038]
需要说明的是，在对待处理力矩器进行退磁稳定处理时，选择合适的电压/电流，即为待处理力矩器退磁选择合适的磁场能量很重要，过大的电压会使充退磁机产生过大的磁场能量，导致待处理力矩器磁钢磁性能减小过多甚至磁钢磁性反向；过小的电压会使充退磁机产生的磁场能量过小，导致待处理力矩器磁钢内部不稳定磁畴未衰减到位，不能实现待处理力矩器的快速稳定。而本发明提供的石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法可以克服上述问题，通过事先确定好的待处理力矩器的最佳退磁电压xev(通过确定退磁电压大小即可确定施加的反向磁场大小)，然后对待处理力矩器进行退磁稳定处理，可以快速实现待处理力矩器钐钴磁钢内部不稳定磁畴的衰减，获得气隙磁密稳定的力矩器，通过使用该方法获得的气隙磁密稳定的力矩器装配成石英挠性加速度计，进而可以实现石英挠性加速度计在使用过程中标度因数的快速稳定，从而实现良好的长期重复性精度。根据数据统计对比，相比未使用该方法进行力矩器稳定处理的石英挠性加速度计，使用该方法进行力矩器稳定处理的石英挠性加速度计标度因数长期重复性精度优于5.0
×
10-5
的比例提高了约30％。
[0039]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，所述石英挠性加速度计包括力矩器；其特征在于，通过对力矩器的气隙磁密的稳定处理实现石英挠性加速度计标度因数的快速稳定处理，对力矩器的气隙磁密的稳定处理包括以下步骤：s1、确定待处理力矩器的退磁电压x
e
；s2、对待处理力矩器进行退磁稳定处理，具体为：s2.1、按照充磁极性要求选择正确的方向，将多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，进行充磁至饱和；s2.2、按照充磁极性要求选择与步骤s2.1中充磁的相反方向，将步骤s2.1中充磁至饱和的多个待处理力矩器放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压为x
e
，进行退磁稳定处理；s2.3、将退磁稳定处理完成的多个待处理力矩器取出，重复步骤s2.1～步骤s2.2，直至完成该批次待处理力矩器的退磁稳定处理，获得气隙磁密稳定的力矩器，进而实现石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理。2.根据权利要求1所述石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下步骤：s1.1、准备与待处理力矩器批次型号相同的待处理力矩器样本组；按照充磁极性要求选择正确的方向，将待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置充磁电压，进行充磁至饱和；所述待处理力矩器样本组包括至少五个待处理力矩器样本；s1.2、选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将步骤s1.1中充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，设置退磁电压x
e
＝x1，进行两次退磁；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本多个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则执行s1.3；否则，确定待处理力矩器的退磁电压x
e
＝x1；s1.3、选择与待处理力矩器批次型号相同的另一组待处理力矩器样本组，重复步骤s1.1，然后选择与步骤s1.1中充磁的相反方向，将充磁至饱和的待处理力矩器样本组放置于充退磁机的线圈筒内，第m次增加退磁电压至x
e
＝x1+h1+
……
h
m
，m为大于等于1的整数，进行两次退磁，h
m
为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本多个位置的气隙磁密进行测试，若第2次退磁后相比第1次退磁后的多个待处理力矩器样本的对应所有位置中90％以上位置的气隙磁密减小，则重复该步骤；否则，确定待处理力矩器的退磁电压x
e
＝x1+h1+
……
h
m
。3.根据权利要求2所述石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，其特征在于：s1.1中，所述待处理力矩器样本组包括五个待处理力矩器样本。4.根据权利要求3所述石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，其特征在于：s1.2中，设置退磁电压x
e
＝x1，x1为充磁电压的3％-5％，进行两次退磁；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试。5.根据权利要求4所述石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，其特征在于：s1.3中，h
m
为第m次的退磁电压增加值且随着m的增加逐渐减小，减小的量为上一次的20％-30％；每次退磁后均对每个待处理力矩器样本沿圆周均匀选择三个位置的气隙磁密进行测试。

技术总结
本发明提供了石英挠性加速度计标度因数快速稳定处理方法，通过对力矩器气隙磁密的稳定处理实现标度因数快速稳定处理，以解决现有方法存在耗时长、效率低、长时间占用设备，及对钐钴磁钢内部不稳定磁畴处理十分有限的技术问题。该方法步骤为：S1、确定待处理力矩器的退磁电压X


技术研发人员：杜剑 王文一 李军朔 李思源 高芳 曹涵 党建军 冯东棉
受保护的技术使用者：西安航天精密机电研究所
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/7