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平台式绝对重力测量加速度型振动传感器振动补偿方法探讨

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 日期:2024-06-28
  • 来源:上海论文网

工程论文哪里有?本文基于NIM-3C型绝对重力仪使用模拟平台搭建了平台式绝对重力测量系统,通过本文提出的加速度型振动传感器评估方法对加速度型振动传感器性能进行评估,并根据实验数据选择合适的加速度型振动传感器进行振动补偿。

第1章绪论

1.2.2平台式重力测量研究现状

目前使用绝对重力仪进行静态测量时,已经可以实现微伽级的测量精度,而随着国防,航空航天以及海洋等科技的发展,对于在特殊环境下进行重力测量的需求也在不断提升,平台式重力测量的发展日益迫切。并且近年来国际上诸多国家也在大力发展平台式重力仪,以期能够掌握对重力进行动态、实时测量的能力。

现阶段动态测量重力加速度的方式主要是将重力测量仪器固定在一个平台上,然后通过载体搭载测量平台到达测量地点后进行连续重力测量,例如将重力仪安装在车辆、船舶或飞机上进行测量,通过该方法可以对一些人迹罕至或是不适宜长时间停留环境的重力数据信息进行快速高效的大面积获取。但是现阶段动态测量所使用的大部分重力仪为相对重力仪。其中的典型代表是德国的KSS31M型海洋重力仪,其特点是平台抗干扰能力强,并且仪器测量精度为1 mGal,以及以GT系列AirGrav重力仪为代表的航空重力仪等,其实测交叉点精度优于1 mGal[29],因此被业内普遍认可[30]。

然而相对重力仪在测量中因受制于零点漂移、温度漂移以及观测误差累积等因素,在开展测量工作开展前后需在重力基准点进行标定或者比测,以此来保证自身的测量精度。相比于使用相对重力仪进行动态测量,绝对重力仪存在无零漂,无须额外标定以及无误差累积等优点,是未来动态重力测量的重要发展方向之一。目前国内外多个团队已经对绝对重力仪应用于平台式重力测量展开了研究。

第3章平台式测量工况的模拟与加速度型振动传感器的选取

3.1平台式重力测量环境的振动工况测量

3.1.1车辆实际振动工况

与传统的稳定地基上进行重力测量相比,平台式重力测量的一个显著特征是在移动载体上进行动态测量,为了解测量工况振动情况,本文使用实验室已经评估过的MEMS加速度型振动传感器对平台式重力测量实验用车的振动情况进行了测试,图3-1所示为实验所用厢式货车。

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实验中选取车厢中心点为测量点,考虑到仪器搬运架设的难度问题,实验通过选取若干与重力仪大致等重的砝码,将砝码放置于操作平台上,模拟对重力仪进行平台式测量时操作平台的状态下,并对其该状态下的操作平台的振动情况进行了采集,系统如图3-2所示。

第4章加速度型振动传感器振动补偿及实验结果

4.1平台式重力测量系统的搭建

加速度型振动传感器选型完成后,为进一步验证所选加速度型振动传感器在平台式重力测量工况下的振动补偿性能,本文基于NIM-3C和平台式模拟工作平台在中国计量科学研究院昌平院区搭建了重力测量系统并进行了试验。平台式重力测量实验系统搭建如图4-1所示

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实验中加速度型振动传感器选用的是经上文选出的MSA1000A-02和JN-06A两款加速度型振动传感器,将其均连接至多通道数字采集盒,使用振动采集软件对振动信号同时进行采集,物体下落的干涉条纹信号则使用重力测量软件进行采集。为保证振动信采集号的同步性方便对信号进行处理,实验中将物体下落的外触发信号外接至数字采集盒,并在振动采集软件中将开始采样的触发信号设置为与重力仪一致的外触发信号,结束采样的时长设置为1s。采集2组,每组50次下落数据,并进行振动补偿。

4.2实验结果和分析

本文在平台式重力测量系统下分别验证了VSM-311速度型振动传感器(以下简称速度型传感器)、MSA1000A-2加速度型振动传感器和JN-06A加速度型振动传感器各自的补偿效果。

图4-2为在平台式重力测量系统中,使用速度型振动传感器进行振动补偿的结果。图(a)为下落位移(通过激光干涉方法获取到的下落物体的时间——位移数据对)的原始拟合残差(振动补偿前下落位移进行二次拟合后,下落曲线减去拟合曲线的差)和速度型振动传感器获取到的振动位移信号对比图,其中的蓝线为由干涉信号处理所得的下落位移的原始拟合残差,红线为经积分处理过后的速度型振动传感器的振动位移信号,图4-2(b)为修正前后下落位移拟合残差的效果对比图,其中的蓝线为未修正的拟合残差,红线为振动补偿后残差(下落位移进行振动补偿修正后,对修正后的下落位移进行二次拟合,再用修正后的下落位移减去原始拟合曲线的差),图4-2(c)为原始拟合残差和振动的相关系数,图4-2(d)为使用速度型振动传感器进行振动补偿前后重力测量值的结果对比图,图中的纵坐标为重力测量值与理论参考值的差,横坐标为下落次数,黑色的方形点为进行振动补偿之前的重力值与参考值的差,红色的圆点为补偿后的重力值与参考值的差。

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总结与展望

本文基于NIM-3C型绝对重力仪使用模拟平台搭建了平台式绝对重力测量系统,通过本文提出的加速度型振动传感器评估方法对加速度型振动传感器性能进行评估,并根据实验数据选择合适的加速度型振动传感器进行振动补偿。最终在应用JN-06A加速度型振动传感器的情况下,将平台式绝对重力仪100次下落的测量值的标准偏差由13 mGal降低至5.5 mGal,测量值与参考值的差从20.6 mG al降低为7.0 mGal,能够进行有效的振动补偿,且具有良好的重复性;但是本文仍存在一些问题有待解决,可以进一步的改进:

1、由于平台式振动补偿需要将加速度信号转为位移信号进行补偿,因此在信号转换过程中存在误差,本文仅是对三种经典积分方法进行研究,结合本文不同积分补偿效果的实验结果,若能有更好的积分算法,平台式重力测量结果有望进一步提升。

2、本文选出的两款加速度型振动传感器,因其自身测量原理的原因,实测信号中可能会产生一定的系统偏差。可以进一步研究其它加速度型振动传感器,有望进一步提升补偿效果。

3、平台式的绝对重力仪振动幅值较大,频率较高,但本文对平台式绝对重力仪振动补偿的研究仅是对于竖直方向的振动进行考虑,在实际工作中还存在有横向位移。在实验条件可以满足的情况下,应对横向与竖直方向的合成位移进行进一步的实验及分析。

参考文献(略)


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