楊 明,湯 莉,張春京,胡吉昌,鐘正虎

(1.北京航天控制儀器研究所，北京 100039;2.北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144)

精密離心機(jī)的現(xiàn)狀與未來(lái)

楊 明1,2,湯 莉1,張春京1,胡吉昌1,鐘正虎1

(1.北京航天控制儀器研究所，北京 100039;2.北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144)

精密離心機(jī)是用于慣性器件檢定、校準(zhǔn)和測(cè)試的高精度慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備。它通過(guò)主軸的高速旋轉(zhuǎn)在儀器艙內(nèi)產(chǎn)生加速度場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性器件使用過(guò)程中加速度環(huán)境的模擬。精密離心機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)就是它產(chǎn)生的加速度的范圍和不確定度, 目前，我國(guó)精密離心機(jī)正朝著更精確的加速度不確定度水平、大負(fù)載、多軸、溫度試驗(yàn)等方向發(fā)展。

慣性器件；加速度；加速度計(jì)；精密離心機(jī)

0 前言

精密離心機(jī)是標(biāo)定加速度計(jì)在高過(guò)載性能的慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備。精密離心機(jī)所產(chǎn)生的加速度的準(zhǔn)確度和姿態(tài)準(zhǔn)確度直接影響被測(cè)加速度計(jì)的標(biāo)定精度[1]。因此，提高精密離心機(jī)的系統(tǒng)準(zhǔn)確度是提高加速度計(jì)的測(cè)試和標(biāo)定精度的重要手段。對(duì)于高精度的應(yīng)用，特別是大過(guò)載條件下應(yīng)用的慣導(dǎo)系統(tǒng)，除了在重力場(chǎng)中的進(jìn)行±1g范圍試驗(yàn)外，還需要在精密離心機(jī)上進(jìn)行n倍地球表面重力加速度(g)的全量程檢測(cè)[2]。目前，從事導(dǎo)航姿態(tài)控制的科研院所已經(jīng)將精密離心機(jī)作為導(dǎo)航控制運(yùn)動(dòng)的必要裝備，我國(guó)精密離心機(jī)正朝著更精確的加速度不確定度水平、大負(fù)載、多軸、溫度試驗(yàn)等方向發(fā)展。測(cè)試對(duì)象也從單一的加速度計(jì)擴(kuò)展到慣性平臺(tái)及捷聯(lián)慣組。

1 國(guó)內(nèi)外精密離心機(jī)發(fā)展概況

精密離心機(jī)可以定義為利用牛頓力學(xué)原理，通過(guò)角運(yùn)動(dòng)復(fù)現(xiàn)加速度物理量值，以校準(zhǔn)/檢測(cè)線加速度計(jì)、陀螺、慣性導(dǎo)航/制導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)裝置/檢測(cè)設(shè)備。

常用的精密離心機(jī)可大致分為桁架式長(zhǎng)臂離心機(jī)、圓盤(pán)式小型離心機(jī)、雙(多)軸反轉(zhuǎn)離心機(jī)和帶溫控箱的短臂/圓盤(pán)式離心機(jī)。

桁架式長(zhǎng)臂離心機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載質(zhì)量大、尺寸大、轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速較慢，試驗(yàn)半徑尺寸測(cè)量精度高、施加加速度精度較高，但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子質(zhì)量巨大，轉(zhuǎn)臂俯仰角和方位角變化大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝復(fù)雜，且對(duì)軸系摩擦要求嚴(yán)格，往往需要?dú)飧』蛞焊≥S承支撐，需要測(cè)量動(dòng)態(tài)俯仰角和方位角，經(jīng)濟(jì)投入和運(yùn)行成本也較大。長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂的中大型精密離心機(jī)國(guó)外的典型案例是早期MIT(麻省理工學(xué)院)的9.81m半徑精密離心機(jī)及CIGTF公司的G460精密離心機(jī)(半徑2.54m)[3]；國(guó)內(nèi)的典型案例是北京航天控制儀器研究所的L-2H精密離心機(jī)(半徑3.4m)。美國(guó)在20世紀(jì)50、60年代中期己開(kāi)始使用這種慣導(dǎo)用大型精密離心機(jī)，MIT的大轉(zhuǎn)臂精密離心機(jī)因其功能少、精度低、造價(jià)又高，以后再?zèng)]有看到發(fā)展這種慣導(dǎo)用精密離心機(jī)的報(bào)道。G460精密離心機(jī)在20世紀(jì)60～80年代得到廣泛使用。英、法、德、日、巴基斯坦等國(guó)都有此離心機(jī)，它在慣導(dǎo)中主要用于對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行靜態(tài)模型辨識(shí)、標(biāo)定和對(duì)被測(cè)對(duì)象在“鳥(niǎo)籠”(儀器艙)上的調(diào)心，加速度范圍為0.25～25g； 加速度不確定度達(dá)到5×10-6[4]。我國(guó)自行研制的L-2H精密離心機(jī)詳細(xì)介紹可見(jiàn)2.1節(jié)。

圓盤(pán)式小型離心機(jī)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但轉(zhuǎn)臂較短，要獲得同樣大小的加速度輸入，就必須提高它的轉(zhuǎn)速。由于陀螺加速度計(jì)在離心機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)下外環(huán)軸方向附加陀螺干擾力矩的存在，會(huì)影響陀螺加速度計(jì)的輸出精度，故圓盤(pán)式小型單軸離心機(jī)不適用于陀螺加速度計(jì)。另一方面，由于圓盤(pán)式小型離心機(jī)的轉(zhuǎn)臂短，動(dòng)態(tài)半徑測(cè)試誤差的影響較大，故主要用于K2項(xiàng)(為加速度計(jì)誤差模型中二階非線性誤差系數(shù))和交叉耦合二次項(xiàng)Kip(加速度計(jì)輸入軸與擺軸交叉耦合項(xiàng)系數(shù))、Kio(加速度計(jì)輸入軸與輸出軸交叉耦合項(xiàng)系數(shù))或陀螺與加速度有關(guān)二階項(xiàng)的測(cè)試和標(biāo)定。圓盤(pán)式小型精密離心機(jī)國(guó)外的典型案例是門(mén)捷列夫計(jì)量科學(xué)研究院慣性測(cè)量基準(zhǔn)體系實(shí)驗(yàn)室的CHP精密離心機(jī)(半徑1m)[3]；國(guó)內(nèi)的典型案例是中國(guó)工程物理研究院總體工程所的JML-100G精密離心機(jī)(半徑1m)。CHP精密離心機(jī)加速度范圍為0.5～75g； 加速度不確定度達(dá)到2×10-6。JML-100G精密離心機(jī)詳細(xì)介紹可見(jiàn)2.4節(jié)。從技術(shù)指標(biāo)分析，JML-100G精密離心機(jī)優(yōu)于國(guó)外技術(shù)水平。

雙軸反轉(zhuǎn)平臺(tái)的離心機(jī)的結(jié)構(gòu)形式是在離心機(jī)的負(fù)載部位安裝一個(gè)反轉(zhuǎn)臺(tái)，當(dāng)離心機(jī)與反轉(zhuǎn)臺(tái)以大小相同、方向相反的角速率同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝于反轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上的被測(cè)件的角運(yùn)動(dòng)被抵消。由于這種運(yùn)動(dòng)形式在反轉(zhuǎn)臺(tái)上加速度計(jì)敏感方向產(chǎn)生的輸入為周期性的正弦曲線，故這種離心機(jī)的另一個(gè)用途是可用來(lái)做加速度計(jì)的線振動(dòng)試驗(yàn)。國(guó)外的典型案例是門(mén)捷列夫計(jì)量科學(xué)研究院慣性測(cè)量基準(zhǔn)體系實(shí)驗(yàn)室的DC-3精密離心機(jī)；國(guó)內(nèi)的典型案例是北京航天控制儀器研究所引進(jìn)的DC-4精密離心機(jī)(半徑0.38m)。目前我國(guó)雙軸反轉(zhuǎn)平臺(tái)精密離心機(jī)主要依賴進(jìn)口俄羅斯產(chǎn)品，加速度范圍及精度：中央臺(tái)0.8～50g；綜合精度2～5×10-6；邊緣臺(tái)0.8～25g；諧波加速度頻率0.5～30Hz[5]。

帶溫控箱的短臂/圓盤(pán)式離心機(jī)是指在短臂/圓盤(pán)式離心機(jī)的基礎(chǔ)上增加溫控箱，適應(yīng)被測(cè)產(chǎn)品全溫度域的測(cè)試。國(guó)外的典型案例是Acutronic公司的AC1135-TC系列精密離心機(jī)(半徑0.4m)；國(guó)內(nèi)的典型案例是北京航天控制儀器研究研制的TBL-SC0101-A帶溫控箱小型離心機(jī)(半徑0.55m)。AC1135-TC加速度范圍為：0.5～200g；加速度不確定度補(bǔ)償后可達(dá)到2×10-5。溫度范圍為-50℃～+125℃，溫度波動(dòng)度：≤1℃，升降溫速率：≥5℃/min[6]；TBL-SC0101-A加速度范圍為：0.5～80g；加速度不確定度補(bǔ)償后可達(dá)到5×10-5。溫箱指標(biāo)與AC1135-TC相同。

2 國(guó)內(nèi)主要精密離心機(jī)技術(shù)方案介紹

在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，彈箭的飛行加速度大于1g甚至幾十g。最經(jīng)濟(jì)有效的產(chǎn)生加速度的設(shè)備就是精密離心機(jī)。精密離心機(jī)是標(biāo)定加速度計(jì)在高過(guò)載條件下輸出性能，包括儀表的非線性及模型方程中的各高次項(xiàng)系數(shù)的測(cè)試設(shè)備。精密離心機(jī)的主要功能有：1)考核各種慣性器件在高加速度下的性能；2)驗(yàn)證加速度計(jì)在大于1g狀態(tài)下的標(biāo)定結(jié)果與1g狀態(tài)下的精確標(biāo)定結(jié)果的一致性；3)確定正確模型，分離誤差系數(shù)，進(jìn)行誤差分析[7]。

2.1 L-2H精密離心機(jī)

L-2H精密離心機(jī)是我國(guó)1960年開(kāi)始，由錢(qián)學(xué)森主導(dǎo)立項(xiàng)，自主研發(fā)的大型桁架式長(zhǎng)臂精密離心機(jī)，主要由離心機(jī)主機(jī)、靜壓軸承供油系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、穩(wěn)速系統(tǒng)(包括機(jī)電聯(lián)鎖保護(hù))、轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)、靜動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)光學(xué)俯仰角測(cè)量系統(tǒng)、加速度計(jì)測(cè)試裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置等幾部分組成。

在分布格局上，地下一層是離心機(jī)機(jī)房，離心機(jī)機(jī)座和四周圓形墻壁;地下二層是油泵間，布置有整個(gè)靜壓軸承供油系統(tǒng)；地面是離心機(jī)控制測(cè)試中心機(jī)房，包括電氣控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。加速度不確定度達(dá)到1.5×10-5，最大輸出加速度達(dá)到30g。

圖1 L-2H精密離心機(jī)Fig.1 L-2H precision centrifuge

2.2 MCTR200精密離心機(jī)

由北京航天控制儀器研究所研制的MCTR200小型大加速度精密離心機(jī)結(jié)構(gòu)采用圓盤(pán)形式，主要由離心機(jī)主機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制單元、轉(zhuǎn)速測(cè)量單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量單元、加速度計(jì)測(cè)試裝置單元、離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置單元等幾部分組成。其主機(jī)部分如圖2所示。加速度不確定度達(dá)到5×10-6，最大輸出加速度達(dá)到86g。

圖2 MCTR200精密離心機(jī)Fig.2 MCTR200 precision centrifuge

2.3 JML-I型精密離心機(jī)

由哈工大研制的JML-I精密離心機(jī)是目前亞洲唯一的大轉(zhuǎn)臂末端裝有帶反轉(zhuǎn) “鳥(niǎo)籠”的高端三軸精密離心機(jī)，其技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于美國(guó)G460S離心機(jī)，接近CGC 公司445型精密離心機(jī)。由于其大臂末端裝有反轉(zhuǎn)平臺(tái)，所以能夠?yàn)橥勇輧x、擺式積分陀螺加速度計(jì)(PIGA)等對(duì)角速率矢量敏感的高精度陀螺類儀表提供接近零轉(zhuǎn)速的測(cè)試環(huán)境。加速度不確定度達(dá)到1×10-6，最大輸出加速度達(dá)到25g。

其主機(jī)部分如圖3所示。

圖3 JML-I型精密離心機(jī)Fig.3 JML-1 precision centrifuge

2.4 JML-100G精密離心機(jī)

由中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所研制的JML-100G精密離心機(jī)為小型盤(pán)式精密離心機(jī)，主要由1800t抗振一體化基座、精密機(jī)械系統(tǒng)、拖動(dòng)控制系統(tǒng)、精密測(cè)量系統(tǒng)、校準(zhǔn)應(yīng)用系統(tǒng)、精密運(yùn)行環(huán)境包裝系統(tǒng)等幾部分組成。

這是國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)——“高精度慣性儀表校準(zhǔn)檢測(cè)裝置研制及應(yīng)用”項(xiàng)目，其加速度不確定度達(dá)到1.4×10-6，最大輸出加速度達(dá)到100g，處于國(guó)際先進(jìn)水平[8]。

圖4 JML-100G型精密離心機(jī)Fig.4 JML-100G precision centrifuge

3 精密離心機(jī)技術(shù)

3.1 精密離心機(jī)誤差模型

離心機(jī)的系統(tǒng)準(zhǔn)確度包括離心機(jī)的向心加速度準(zhǔn)確度和離心機(jī)儀器艙工作基面(用于安裝被測(cè)加速度計(jì)的安裝面)的姿態(tài)準(zhǔn)確度。向心加速度準(zhǔn)確度影響到加速度計(jì)試驗(yàn)時(shí)輸入到加速度計(jì)的加速度的準(zhǔn)確度，它主要與離心機(jī)半徑和旋轉(zhuǎn)的角速度的控制和測(cè)試的準(zhǔn)確度有關(guān)，而離心機(jī)的姿態(tài)準(zhǔn)確度直接影響向心加速度和重力加速度能否精確輸入到加速度計(jì)坐標(biāo)系的敏感軸上，由加速度計(jì)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的姿態(tài)準(zhǔn)確度與加速度計(jì)坐標(biāo)系相對(duì)主軸坐標(biāo)系的姿態(tài)準(zhǔn)確度兩部分組成。誤差模型可參見(jiàn)IEEE加速度計(jì)精密離心機(jī)測(cè)試規(guī)范[3]。

表1 向心加速度的主要誤差源

為正確傳遞離心機(jī)復(fù)現(xiàn)的加速度量值到被測(cè)試件，需要專門(mén)針對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)和保持裝置進(jìn)行細(xì)致化的設(shè)計(jì)[9]。

3.2 精密離心機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

精密離心機(jī)作為一種高端、超精密設(shè)備，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，這也是研制精密離心機(jī)必需突破的技術(shù)方向。

(1)精密支撐技術(shù)

桁架式長(zhǎng)臂離心機(jī)由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量巨大，轉(zhuǎn)速精度要求高，常需采用較大的氣浮或液浮軸承支撐。圓盤(pán)式小型離心機(jī)雖然因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量較小而可以采用氣浮或機(jī)械軸承，使用機(jī)械軸承必須考慮到軸承的磨損、發(fā)熱、可更換性等問(wèn)題。從目前的研究效果來(lái)看，采用型號(hào)合適的滾動(dòng)軸承、適當(dāng)?shù)陌惭b和正確的預(yù)載荷后達(dá)到的幾何精度可以接近空氣軸承的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(2)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

隨著對(duì)精密離心機(jī)速率精度、平穩(wěn)性指標(biāo)要求的提高，采用高性能模塊化嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制已成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，選擇高性能交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置，有利于實(shí)現(xiàn)控制精度的進(jìn)一步提高，其先進(jìn)的控制伺服算法和控制策略可滿足系統(tǒng)所需的控制指標(biāo)。轉(zhuǎn)速精度可以達(dá)到10-7量級(jí)。

(3)信號(hào)傳輸技術(shù)

由于精密離心機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)機(jī)械式導(dǎo)電滑環(huán)的磨損相對(duì)較大，且測(cè)試中滑環(huán)噪聲對(duì)信號(hào)的輸出質(zhì)量也有很大影響。在精密離心機(jī)中可以采用水銀滑環(huán)，可以有效地降低信號(hào)噪聲并延長(zhǎng)滑環(huán)使用壽命。水銀滑環(huán)通道一般為模擬量信號(hào)，例如：微小電壓、電流、高頻等信號(hào)，而電刷滑環(huán)通道一般為數(shù)字量信號(hào)及功率信號(hào)使用[5]。

2.1分析上述實(shí)施品管圈前后尿標(biāo)本留取合格率,采用品管圈管理后觀察組患者的合格率明顯高于對(duì)照組,p<0.05,見(jiàn)表1。

(4)動(dòng)態(tài)半徑及失準(zhǔn)角測(cè)量技術(shù)

對(duì)于離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑及失準(zhǔn)角的測(cè)量，目前根據(jù)實(shí)際測(cè)量時(shí)的測(cè)量精度、測(cè)量范圍等設(shè)計(jì)具體測(cè)量方案。對(duì)于離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑及失準(zhǔn)角的測(cè)量，可采用接觸式、非接觸式測(cè)量方法,有直接、間接測(cè)量的方法。動(dòng)態(tài)半徑是一個(gè)相對(duì)量的概念，所以在測(cè)量時(shí)存在測(cè)試基準(zhǔn)的問(wèn)題，測(cè)試基準(zhǔn)存在內(nèi)基準(zhǔn)和外基準(zhǔn)。內(nèi)基準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)半徑測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中隨離心機(jī)的大臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)的。外基準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)半徑測(cè)試系統(tǒng)位于離心機(jī)機(jī)體之外，只是用于測(cè)試動(dòng)態(tài)半徑的傳感器的一個(gè)極板而安裝在離心機(jī)大臂上(或圓盤(pán)式的測(cè)量平臺(tái)上)，隨大臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)基準(zhǔn)測(cè)試方法的缺點(diǎn)是：測(cè)試不出是由離心機(jī)主軸回轉(zhuǎn)誤差引起的還是由動(dòng)不平衡造成的主軸擾動(dòng)引起的半徑變化；外基準(zhǔn)測(cè)試方法的缺點(diǎn)是：基準(zhǔn)變化會(huì)造成測(cè)試誤差和不能連續(xù)測(cè)試[10]。

4 我國(guó)精密離心機(jī)的發(fā)展展望

4.1 雙軸反轉(zhuǎn)精密離心機(jī)技術(shù)

隨著陀螺加速度計(jì)精度和測(cè)試要求的進(jìn)一步提高，需要高精度的雙軸反轉(zhuǎn)離心機(jī)與之配套[11]。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備技術(shù)的條件下，自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)研究可以用于測(cè)試慣性平臺(tái)及捷聯(lián)慣組雙軸反轉(zhuǎn)的精密離心機(jī)。

儀表級(jí)試驗(yàn)的硬件條件已經(jīng)基本具備，今后在主軸與從軸轉(zhuǎn)速鎖定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)主軸與從軸的相位鎖定，實(shí)現(xiàn)慣性平臺(tái)系統(tǒng)姿態(tài)角-航向誤差的標(biāo)定。

4.2 精密離心機(jī)誤差模型及補(bǔ)償

離心機(jī)測(cè)試的另一個(gè)發(fā)展方向是不再一味追求提高測(cè)試設(shè)備的精度，而只需要知道設(shè)備各項(xiàng)誤差的量值，在測(cè)試中利用有效的方法剔除。

4.3 測(cè)試標(biāo)定方法

不管是離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量，還是轉(zhuǎn)速測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)量方法都是傳感器多次測(cè)量取平均的方法。這種方法既不能消除測(cè)試方法的系統(tǒng)誤差，也不能得到被測(cè)量的瞬時(shí)值。利用多傳感器對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)一定算法將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行融合，可提高測(cè)量的準(zhǔn)確性[13]。MCTR200小型大加速度精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑測(cè)試系統(tǒng)多傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)半徑的方法就是一個(gè)例子。

為了準(zhǔn)確測(cè)量離心機(jī)瞬時(shí)的轉(zhuǎn)速值，利用光電編碼器、多面棱體和高精度激光陀螺構(gòu)成一個(gè)多元測(cè)量系統(tǒng)，三者互相校準(zhǔn)，從而使測(cè)量精度有了很大提高。

4.4 離心機(jī)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化

目前國(guó)內(nèi)外普遍引用的精密離心機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是美、俄、法三國(guó)聯(lián)合修訂的IEEE std 836-2009[3]，出于多種考慮，該文獻(xiàn)仍不夠完整，僅適用于商用級(jí)線加速度計(jì)。與之相比，在概念的準(zhǔn)確性、理論的深度、方法的實(shí)用性上，國(guó)內(nèi)缺少配套的指導(dǎo)性文件，今后研究的方向是逐步形成國(guó)內(nèi)的陀螺、線加速度計(jì)產(chǎn)品檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)等飛行器的發(fā)射、起飛、大機(jī)動(dòng)等過(guò)程中，面臨的實(shí)際環(huán)境往往不是單一的環(huán)境變量，而是大的輸入比力、振動(dòng)、沖擊、較高的旋轉(zhuǎn)角速度等復(fù)合的環(huán)境變量。在復(fù)合的環(huán)境中，各項(xiàng)因素的組合并不等于其簡(jiǎn)單的疊加。各種器件在復(fù)合環(huán)境中更容易暴露出薄弱的環(huán)節(jié)，反映出單一環(huán)境試驗(yàn)不能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題[14]，真實(shí)性更強(qiáng)。對(duì)慣性器件而言，在真實(shí)、復(fù)雜的環(huán)境中其性能究竟如何，對(duì)于自主導(dǎo)航精度的影響有多大，目前國(guó)內(nèi)尚缺乏足夠的研究，而又面臨著國(guó)外技術(shù)封鎖，對(duì)產(chǎn)生復(fù)合環(huán)境的設(shè)備就顯得尤為必要而迫切[15]。

精密離心機(jī)成為在高g輸入及諧波加速度等復(fù)合力學(xué)條件下，加速度計(jì)標(biāo)定高階誤差模型系數(shù)、陀螺儀標(biāo)定誤差高次項(xiàng)漂移率系數(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。

[1] 陸元九.慣性器件 (上、下冊(cè))[M]. 北京:中國(guó)宇航出版社,1993.

[2] 登哈德.慣性元件試驗(yàn)[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1978.

[3] Engineers E E, Board I S.IEEE recommended practice for precision centrifuge testing of linear accelerometers[J]. IEEE Aerospace and Electronic Systems Society,1992.

[4] 房振勇,吳廣玉.國(guó)內(nèi)外慣導(dǎo)用中型精密離心機(jī)"鳥(niǎo)籠"的發(fā)展現(xiàn)狀比較分析[J]. 中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào),2003,11(2):68-72.

[5] 劉洪豐,王雷,任多立,等.門(mén)捷列夫計(jì)量院雙軸精密離心機(jī)[J]. 導(dǎo)航與控制, 2003,2(2):73-76.

[6] Centrifuge Series AC1135-TC Datasheet. Acutronic Switzerland Ltd.

[7] 陳巖.精密離心機(jī)誤差分析與補(bǔ)償方法研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[8] 黎啟勝,許元恒,羅龍.科學(xué)試驗(yàn)用離心機(jī)發(fā)展綜述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2015,12(5):1-10.

[9] 湯莉,王雷,孟慧麗,等.石英加速度計(jì)重力場(chǎng)試驗(yàn)定位基準(zhǔn)問(wèn)題與解決方案[J]. 航天控制,2013，31(2):89-93.

[10] 劉健.線加速度模擬轉(zhuǎn)臺(tái)—離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑測(cè)試的研究[D]. 天津大學(xué),2007.

[11] 張春京,原俊安,李凡東,等.從加速度計(jì)測(cè)試技術(shù)研究看慣性儀表測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J]. 航天控制,2005,23(2):78-84.

[12] 凌明祥,李明海,楊新,等.高精度精密離心機(jī)靜態(tài)半徑測(cè)量方法與應(yīng)用[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào),2014,35(5):1072-1078.

[13] 陳中,袁峰,丁振良.離心機(jī)動(dòng)態(tài)失準(zhǔn)角測(cè)量方法的研究[J]. 光學(xué)技術(shù),2005,31(1):32-34.

[14] 王保乾.實(shí)現(xiàn)線加速度——振動(dòng)復(fù)合環(huán)境模擬中的問(wèn)題[J]. 環(huán)境技術(shù),1996，14(3):7-12.

[15] 楊立溪.國(guó)外慣性技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 導(dǎo)航與控制,2004，3(2):58-62.

The Status and Future of Precision Centrifuge

YANG Ming1,2, TANG Li1, ZHANG Chun-jing1, HU Ji-chang1,ZHONG Zheng-hu1

(1.Beijing Aerospace Institute of Control Device, Beijing 100039，China;2.North China University of Technology, Beijing 100144，China)

Precision centrifuge is used for inertial device verification,calibration and testing of high precision inertial navigation test equipment. Acceleration field in the instrument cabin is produced by the high-speed rotation of the spindle, so as to realize the simulation of the intertial acceleration environment in the process of using the inertial device. Precision centrifuge major technical indicators are that it produces acceleration range and uncertainty. At present,the precision centrifuge is moving toward the direction which is the more precise level of uncertainty, large load ,multi-axis and temperature test.

Inertial device; Acceleration; Accelerometer; Precision centrifuge

10.19306/j.cnki.2095-8110.2016.05.004

2016-06-27；

2016-07-26。

總裝“十三五”預(yù)研基金(41417080401)

楊明(1973 - )，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)閼T性導(dǎo)航裝備設(shè)計(jì)。E-mail：bright_sun_man@sina.com

TJ05;V416

A

2095-8110(2016)05-0017-05