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第一章 (惯性仪器测试与数据分析)概述

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惯性秤实验报告

惯性秤实验报告

惯性秤实验报告
由图表可知，在误差允许范围内，所测数据绘制出的图表线性相关R2=0.9994，基本符
4π2?m0?m?合T?，误差原因是与钢带振动幅度有关；存在空气阻力。

k2
思考题：
1.说明惯性秤的特点
惯性秤称量质量的最大特点是用振动法来测定物体惯性质量的装置；称量时秤台一定要严格地保持在水平方向运动，避免重力对运动的影响；所称物体的质量不宜过大。

2. 能否设想出其他的测量惯性质量的方案
在物体处于特定存在状态的时候，如果要改变这种存在状态，那么必然要对这个物体施加作用力，根据牛顿第二运动定律，我们可以得到，在物体所受到的作用力不变的情况下，物体的质量同加速度成反比。

我们只要测定了作用力的大小和物体加速度的大小，那么就可以确定物体的惯性质量。

dT4π2?m0?m?23. 根据T?，分析惯性秤的测量灵敏度，即和那些因素有关？根据所dmk2
用周期测试仪的时间测量的分辨率，此惯性秤所能达到的质量灵敏度是多少（不考虑其他误差）。

秤臂的倔强系数k和秤台的质量有关，所能达到的灵敏度为0.01。

第六章(惯性仪器测试与数据分析)时间序列

第六章(惯性仪器测试与数据分析)时间序列
如 (h),(h 1,2,...,p)已知，当 m p 时
x (h)
p k 1
ak
x
(h
k
)
w x
(h) (0)
x (m)
p k 1
ak
x
(m
k
)
研究表明，x (m) 按负指数函数衰减，理论上是无限延伸趋于0的，这种性质 称为拖尾性。
为了判断AR（p）过程的阶数，引入偏自相关系数函数定义
A）每只 i 电阻电压随时间是一条随机波动的曲线
xi (t), (i 1,2,..., N ) ——样本曲线（轨迹、现实） B）在同一特定 t j 时刻各个电阻的电压值各不相同
x1(t j ), x2 (t j ),..., xN (t j ) ——随机变量 X (t j )取值
5
一、随机过程的基本概念
自协方差函数 CX (n1, n2 ) Cov[X (n1), X (n2 )]
E{[X (n1) X (n1)][X (n2 ) X (n2 )]}
lim 1 N N
N[
i1
xi
(n1 )
X
(n1 )][xi
(n2
)
X
(n2
)]
自相关系数函数
X (n1, n2 )
CX (n1, n2 )
15
二、ARMA模型及其特点
按定义不好计算，研究发现X (k) 恰好与k阶Y-W方程的解系数 kk 完全相同
1
x (1)
...
P(X 0) 0.5
•••
P(X 1) 0.5
E( X ) 0 0.5 1 0.5 0.5
D( X ) (0 0.5)2 0.5 (1 0.5)2 0.5 0.25

惯性器件与系统测试技术实验教学大纲

惯性器件与系统测试技术实验教学大纲

惯性器件与系统测试技术实验教学大纲一、实验基本信息课程编号：201404116中文名称：惯性器件与系统测试技术英文名称：Inertial sensors and system testing课程性质：专业核心课程面向专业：测控技术与仪器开设学期：6课程总学时：40实验学时：8是否独立设课：否二、实验目的和任务目标1：通过具体的实践测量和相关实验，能达到理论联系实际、提高动手能力和应用技能，培养观察问题、分析问题及独立思考的能力，能够就复杂工程问题撰写报告和设计文稿，与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。

（对应指标点10-1）通过本课程的学习，使学生掌握惯性器件及系统的测试原理、测试方法，了解测试设备，具备数据分析及处理能力，培养学生对惯性器件及系统的分析能力、研究能力、测试能力、工程技术能力。

三、实验教学基本要求1、熟悉惯性器件及系统测试设备的基本原理，掌握惯性器件及系统测试方法，具备数据分析及误差处理能力；培养学生具备对惯性器件及系统的工程设计、测试、分析、研究等的科学素质；能够解决工程实际问题。

（对应目标1）四、试验教学内容、基本要求与学时分配（实验项目基本情况）五、实验教材（指导书）或网络资源[1]自编试验指导说明[2]惯导仪器测试与数据分析[M]．国防工业出版社，2012.[3]姜复兴．惯导测试设备原理与应用[M]．哈尔滨工业大学出版社，1998.[4]张天光译．捷联式惯性导航技术（第2版）[M]．国防工业出版社，2010.六、考核方式实验部分占课程总成绩的20%，共20分。

考核主要包括三个部分：预习情况、实验操作情况、实验报告情况，各占总体的20%、20%、60%。

惯性秤实验报告(完全版)

惯性秤实验报告(完全版)

惯性秤实验报告(完全版)首都师范大学物理实验报告实验报告总体不错！班级_____信工C班________ 组别_____F________ 姓名______郭洁_______ 学号_1111000187__ 日期_____________ 指导教师___刘丽峰__【实验题目】惯性秤【实验目的】1. 掌握用惯性秤测量物体质量的原理和方法；2. 学习惯性秤的定标和使用方法；3. 研究重力对惯性秤的影响。

【实验仪器】惯性秤及附件一套，光电控制数字计时器，米尺，天平(公用)，水平仪【实验原理】【实验内容】1. 安装和调整测量系统，包括惯性秤和计时系统。

使用前要将平台C调成水平，并检查计时器工作是否正常。

首都师范大学物理实验报告2. 检查标准质量块的质量是否相等，可逐一将标准质量块置于秤台上测周期，如果各质量块的周期测定值的平均值相差不超过1%，在这里就认为标准质量块的质量是相等的，并取标准质量块的质量的平均值为此实验中的质量单位。

用所给质量大致相等的砝码作出惯性秤的定标曲线。

3. 测定以圆柱体为负载时秤的周期，并定标曲线查出该圆柱体的惯性质量。

4. 测定惯性秤的劲度系数和秤台的有效质量。

5. 将被测圆柱体悬吊于支架上，细心调整其自悬垂位置，使之恰好处在秤台中心。

测定悬点到圆柱体中心的距离 (用米尺测量)和此时秤台的周期，研究重力对系统周期的影响，验证(2-9)式是否成立。

6. 将秤臂铅直放置，测定秤臂长 (用米尺测量)和秤的周期(负载仍为圆柱体)，验证(2-10)式是否成立(选做)。

7. 用天平称衡砝码和被测圆柱体的引力质量，分析它与惯性质量的关系。

【预习报告】首都师范大学物理实验报告首都师范大学物理实验报告【原始数据】砝码m(g) 0 25 50 75 100 125 150 175 小圆柱大圆柱拉线标实：小圆柱质量大圆柱质量【数据处理】砝码m(g) 0 25 50 75 100 125 150 175 小圆柱大圆柱拉线 30T1(s) 103 189．530T2(s)30T3(s)30T1(s)30T2(s) 30T3(s) 30T平均T平均T2 首都师范大学物理实验报告(kg)系列1线性 (系列1)y = + = (s2)s k b m小圆柱质量大圆柱拉线【实验数据分析】1.小圆柱本身质量是103g，用我们这种方法测出来的是102g，相差1g。

实验五惯性秤

实验五惯性秤

实验五 惯性秤实验目的1．掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法。

2．了解仪器的定标和使用。

实验仪器惯性秤，周期测定仪，用于仪器的定标采用的标准质量块，待测圆柱体。

实验原理当惯性秤的悬臂在水平方向作微小振动时，其振动周期T 由下式决定 km m T i +=02π （2－5－1） 式中m 0为振动体空载时的等效质量，m i 为在秤台上插入的附加质量块的质量，k 为悬臂振动体的倔强系数。

将(1)式两侧平方，改写成i m k m k T 202244ππ+= （2－5－2） 上式表明，惯性秤水平振动周期T 的平方和附加质量成线性关系。

当测出各已知附加质量所对应的周期值，可作直线图或曲线图，就是该惯性秤的定标线（如图2－5－1所示），如需测量某物体的质量时，可将其置于惯性秤的秤台上，测出周期，就可从定标线上查出对应的质量，即为被测物体的惯性质量。

惯性秤称量质量，是基于牛顿第二定律，是通过测量周期求得质量值；而天平称量质量，是基于万有引力定律，是通过比较重力求得质量值。

在失重状态下，无法用天平进行称量质量，而惯性秤可以照样使用，这是惯性秤的优点。

实验内容1．仪器调整（1）将惯性秤水平固定，然后用水准仪调整使秤台水平；（2）接好周期测定仪，并调节挡光片和光电门的位置，使秤台运动时，能来回遮光计时。

2．对惯性秤进行定标，测圆柱体的惯性质量（1）将惯性秤前端拨开约1cm ，然后松开惯性秤，让其自由振动。

将周期测定仪上的“周期选择”开关置于10个周期，测得空载时惯性秤振动10次的时间。

计算出空秤的振动周期，重复4次，求其平均值T 0；（2）将10个片状砝码依次插入平台内，重复上述测T 0的方法，分别测出放入m 1,m 2,…m 10砝码时的振动周期T 1,T 2,…T 10，及对应质量m 1，m 1＋m 2,…；（3）测定圆柱体的惯性质量。

1）将片状砝码取下，再将两个待测圆柱体分别放入平台上的圆洞内，用同样的方法测周期，用内插法从定标曲线上求两圆柱体的惯性质量；2）用天平分别测出两个被测物体的引力质量。

惯性技术、陀螺仪、加速度计

惯性技术、陀螺仪、加速度计

惯性技术与惯性器件简介惯性技术与惯性器件简介●惯性技术简介1.什么是惯性技术2.惯性技术基本概念3.基本惯性器件4.惯性导航特点●陀螺仪简介1.什么是陀螺仪2.陀螺仪的特性3.常用陀螺仪的指标及其意义4.常见陀螺仪的种类及特点●加速度简介1.什么是加速度计2.加速度计的特性3.常用加速度计的指标及其意义4.常见加速度计的种类及特点一惯性技术简介一惯性技术简介1.什么是惯性技术2.惯性技术基本概念3.基本惯性器件4.惯性导航特点什么是惯性物体在不受外力或所受外力平衡的条件下，维持原有运动状态（静止或匀速直线运动）不变的特性。

牛顿三大定律（惯性、加速度、作用力与反作用力）。

惯性定律成立的空间为惯性空间。

经典力学认为，要选取一个绝对静止或作匀速直线运动的参考坐标系来考察加速度，牛顿第二定律才能成立。

在研究惯性敏感器件和惯性系统的力学问题时，通常将相对恒星所确定的参考系称为惯性空间，空间中静止或匀速直线运动的参考坐标系为惯性参考坐标系。

●宏观、绝对、静止或匀速直线运动●以太●恒星●相对惯性空间稳定●指向惯性空间某点北NS●地磁北●真北●地理北地球坐标系如右图所示。

其原点取在地心；轴沿极轴（地轴）方向；轴在赤道平面与本初子午面的交线上；轴在赤道平面上，与构成右手直角坐标系。

e e e z y ox e z e x e y e z e x 地球坐标系随地球转动。

载体坐标为经度、纬度、高度。

地球上任意点的地球坐标固定不变，但是地球坐标系相对惯性空间改变。

t t t z y ox e z 地理坐标系随载体一起线运动，不随载体角转动。

地球上任意一点的地理坐标系都不相同。

地理坐标系并不唯一，有东北天、北东地等。

地理坐标系如左图所示。

其原点位于载体所在的点；轴沿当地纬线指东；轴沿当地子午线指北；轴沿当地地理垂线指上，并与构成右手直角坐标系。

平面为当地水平面。

平面为当地子午面。

t x t y t z t x t y t t y ox t t z oy载体坐标系载体坐标系如右图所示。

交大近代仪器分析课件第一章绪论PPT课件


七、定量分析方法的评价指标
一般用精密度、准确 度、检出限、灵敏度、 标准曲线的线性及线 性范围等项指标进行 评价。
精密度
精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次所 得结果的一致程度。
常用测定结果的标准偏差s或相对标准偏差sr度量。 重复性 同一分析人员在同一条件下平行测定结果
的精密度。 再现性 不同实验室所得测定结果的精密度。
教学参考书
➢ 分析化学（第四版），武汉大学主编，高等教育出版 社, 2000
➢ 分析化学， R．Kellner等编，李克安，金钦汉等译， 北京大学出版社，2001
➢ 21世纪的分析化学，汪尔康主编，科学出版社，1999 ➢ 分析化学的明天，梁文平，庄乾坤主编. 科学出版社
2003
凡事都要认真去做，不驰于空想， 不鹜于虚声，而唯以求真的态度去做 踏实的功夫，以此态度求学，则真理 可明；以此态度做事，则功业可就。
组分含量
1 % ~ 100%
<1% ~ 单分子、单原子
理论基础 解决问题
化学、物理化学 （溶液四大平衡）
定性、定量
化学、物理、数学、电子学、 生物等等
定性、定量、结构、形态、 能态、动力学等全面的信息
三、仪器分析分类
分
化学分析 重量分析法
滴定分析法
析 (物质的化学反应)
化
光学分析法
学
电化学分析法
仪器分析
n
(xi x)2
s i1 n 1
sr
s
100%
x
准确度
试样含量的测定值与试样含量的真实值（或 标准值）相符合的程度称为准确度。准确度 常用相对误差量度。
Er
x10% 0
灵敏度

惯性测量仪器及原理简介(4)


隧道电流型加速度计 热加速度计
目录
1.MEMS加速度计分类 2.压阻式加速度计原理 3.电容式加速度计原理
4.隧道式加速度计原理
5.热加速度计原理
2.压阻式加速度计原理
当有加速度输入时，悬臂梁在质量块受到的惯性力牵引下发生变形，导致固连的压阻膜也随 之发生变形，其电阻值就会由于压阻效应而发生变化，导致压阻两端的检测电压值发生变化，从 而可以通过确定的数学模型推导出输入加速度与输出电压值的关系。 优点：

扭摆式微加速度计的敏感单元是不对称质量平板，通过扭转轴与基座相连，基座上表面布置 有固定电极，敏感平板下表面有相应的运动电极，形成检测电容(如图3) 。当有加速度作用时， 不对称平板在惯性力作用下，将发生绕扭转轴的转动。转动角与加速度成比例关系，可用下式表 示：maL=K θ。式中，a 为输入加速度；L 为质量平板质心到支撑轴转动中心的距离；K 为支撑 轴的扭转刚度系数；θ为平板的扭转角。利用3.0节中公式，以及电极距离d和梁转动的角度θ之间 的几何关系，即可计算得到加速度。
惯性测量仪器及原理 简介（4）
苏日娜
目录
1.MEMS加速度计分类 2.压阻式加速度计原理 3.电容式加速度计原理
4.隧道式加速度计原类 2.压阻式加速度计原理 3.电容式加速度计原理
4.隧道式加速度计原理
5.热加速度计原理
1.MEMS加速度计分类
市面常见芯片 压阻式加速度计 电容式加速度计 跷跷板式电容加速度计（扭摆式硅微加速度计） 梳齿式电容加速度计 三明治式电容加速度计（悬臂梁式微加速度计）
可见，在加速度计的结构和输入电压确定的情况下(k、d、m、Vm)，输出电压与加速度呈正 比关系。
3.1跷跷板摆式加速度计

西北工业大学惯性仪器测试与数据分析2012 -2013 学年第 2 学期


ˆk 。 yk 51 时的状态估计 x
教务处印制
共 6ห้องสมุดไป่ตู้页
第 5 页
西北工业大学命题专用纸
一、填空题答案填写处 1. 2.
3. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.
4.
20.
教务处印制 共 6 页 第 6 页
zn zb
yb yn xb
o
图2
xn
2. 在南半球地理纬度为 L 的地方进行单自由度转子陀螺仪试的极轴翻滚试验，当陀 螺仪输出轴（O 轴）指向极轴南时，通过作图并分析陀螺仪各轴的受力情况。
教务处印制
共 6 页
第 3 页
西北工业大学命题专用纸
3. 回答以下问题： （1）求序列 x(n) {1,0,1,0; n 0,1,2,3} 的 DTFT 变换 X (e j ) ； （2） 求序列 x(n) {1,0,1,0; n 0,1,2,3} 的 DFT 变换 X ( k ) ； （3） 在同一图上作出 ~ X (e j ) 和k
1 0 T T T H k 2 1，并且噪声 E[wk ] 0, E[w j wk ] jk , E[v k ] 0, E[v j v k ] 5 jk , E[w j v k ] 0 。 0 2 1 2 0 若已知状态估计 x ˆ k 1 及其均方差阵 Pk 1 ，试通过 Kalman 滤波求当量测 2 0 2
2 ~ X (k ) 曲线。 N
4. 某陀螺静态角速率输出的 Allan 方差曲线如图 3 所示，试对该陀螺的漂移误差进 行分析（包括漂移误差的种类和参数估计）。
图 3 某陀螺漂移的 Allan 方差

普通物理试验报告：惯性秤-提交试验报告

普通物理试验报告：惯性秤-提交试验报告实验目的：1. 了解惯性秤的原理和构造；2. 学会用惯性秤测量物体的重量；3. 掌握分析惯性秤的失误并减小误差的方法。

实验原理：惯性秤是一种利用牛顿第二定律实现物体质量测量的仪器。

它的原理是：当一个物体受到外力时，它会发生加速度，而加速度大小与其受到的力成正比，与物体的质量成反比。

因此，只要我们能够测量出物体受到的力和加速度，就能够求出物体的质量。

惯性秤的构造如下图所示：它由一组固定在支架上的重物和一个通过螺丝固定在重物下面的盆子组成。

将待测物体放在盆子中，当秤被向下振动时，盆子会跟随秤的振动而向下移动，因为秤的下降会拉伸弹簧，使它产生恢复力，最终盆子以一个较小的加速度向下运动。

这时我们就可以根据牛顿第二定律F=ma（力等于物体质量乘以加速度）求出物体的质量。

实验步骤：1. 在实验室环境下设置惯性秤，调整秤的平衡，使它在无负载情况下能够保持水平。

2. 清洁盆子并将待测物体放入盆中，记录下物体的重量。

3. 让一个人拿住惯性秤的支架，另一个人将盆子轻轻往下推，制造一定的向下加速度。

4. 观察秤动的振幅，根据振幅的大小计算出物体受到的力（力等于质量乘以加速度的大小）。

5. 根据测得的力和盆子的加速度，计算出物体的质量。

实验数据记录：物体质量：10.02克秤动的振幅：0.1cm分析与讨论：在实验中，我们发现惯性秤的测量结果受到多种因素的影响，主要有以下几点：1. 空气阻力的影响：由于秤的下落速度不大，空气阻力可能导致物体加速度的测量误差较大。

2. 摩擦力的影响：盆子在秤体中的摩擦力会降低秤的振幅，从而影响重力的测量结果。

3. 弹簧的非线性响应：弹簧在伸长时的回复力不一定是线性的，对于不同大小的力，它的回复力可能不同，从而影响秤的准确性。

为了减小测量误差，我们可以采取以下措施：1. 保持实验室环境干净、干燥，减少空气阻力的影响；2. 定期清洁盆子，加少摩擦力的影响；3. 选用质量优良的弹簧，并测量它的线性响应，以提高秤的准确性。

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惯性仪器测试与数据分析
西北工业大学 自动化学院 严恭敏 2016-03
1
主要参考书目：
• 《惯性仪器测试与数据分析》，严恭敏，国防工业 出版社，2012 • 《惯性仪器测试与数据分析》，梅硕基，西北工业 大学出版社，1991 • 《惯性导航》，秦永元，科学出版社，2006 • 《惯性器件测试与建模》，毛奔，哈尔滨工程大学 出版社，2007
2
第一章 概 述
主要内容： • 一、惯性导航基本概念及其应用 • 二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 • 三、惯性器件测试内容 • 四、本课程的主要内容与意义
3
一、惯性导航及其应用
1、惯性导航基本概念：
惯性导航是指借助于惯性技术引导运载体从起始位置 行驶至目标位置。可以将两位置之间关系看作一矢量，既 有方向又有距离长短，不论行驶的路径是直线还是曲线， 只有在合适的方向和路径长短下才能到达目标位置。 惯性技术的核心传感器是陀螺仪和加速度计。
课程意义： 惯性器件测试是一门高精密的技术，有许多繁琐和细致的工作需要 做，需要足够的耐心和细心，需要善于发现问题的敏锐眼光和解决问题 的新颖思路，它对培养严谨的科学研究精神、良好的工程实践能力和踏 实的工作作风具有重要的意义。 31
·目标点
起始点 ·
4
一、惯性导航及其应用
1、惯性导航基本概念（其它导航方法比较）：
卫星导航
无线电导航
天文导航
多普勒导航
地磁匹配导航 重力匹配导航
地形匹配导航
5 景象匹配导航
一、惯性导航及其应用 2、惯性导航优缺点：
1、自主性好：不需要其它外来信息
优点 2、隐蔽性强：不会向外辐射任何信息 3、信息全面：高频率甚至连续的运载体 实时角速度、加速度、姿态、速度和位置 缺点：导航误差随时间不断积累（措施：研制高精度器件； 测试建模提高实际使用精度）
捷联惯导系统 • 惯性器件直接承受运载体的线运动和角运动 • 惯性器件的静态误差和动态误差的建模和测试都非常重要 传统机械陀螺的动态误差大，影响因素众多，建模和测试都比较复杂； 而新型陀螺，比如激光陀螺，线加速度和角速度引起的静态误差和动态 误差都很小，将成为构建捷联惯导系统的理想器件。
30
三、惯性器件测试
陀螺仪 惯性器件
加速度计：摆式陀螺积分加速度计、液浮摆式加 速度计、石英挠性摆式加速度计和硅 微加速度计等
11
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
2、陀螺仪：
凯尔特石 （抖退石，回旋陀螺）
（1）几种玩具陀螺
（2）框架陀螺仪
12
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
机械陀螺仪（惯性导航）的主要发展历程： 1. 1687年，牛顿提出了力学三定律，是惯性导航的理论基础； 2. 1786年欧拉创立了转子陀螺仪的力学基本原理； 巴黎国葬院 3. 1852年傅科制造了验证地球自转运动的测量装置，将其称为 Gyroscope（陀螺），由于精度低只能观察到地球自转而未能精确测 出地球自转角速度； 4. 1908年安修茨制造了世界上第一台摆式陀螺罗经； 5. 1910年修拉提出了修拉调谐原理，为惯性导航系统设计奠定基础； 6. 二战期间，德国V-2火箭采用了陀螺和加速度计组成的制导系统，但其 设计粗糙，制导精度极低； 7. 20世纪50年代美国麻省理工学院（MIT）德雷帕实验室采用液浮支承， 研制成功了单自由度液浮陀螺，60年代，液浮陀螺技术日臻完善，其 漂移达到了1×10-4º /h； 8. 60年代，英国皇家航空研究院提出了挠性支承的概念，挠性陀螺开始 出现 ； 13 9. 20世纪70年代，美国研制成了静电陀螺；
地球地球平均半径为6371300m， 其1角分对应的长度为 6371300×2π/360/60 = 1853.3 m。
1861.6 1852.2
国际上采用1852米为标准海里长 1843 度，即 1 nm = 1.852 km
弧长与纬度关系：
6 378 137 22km
SL 1852.3 9.3cos(2L)
（1）民航飞机
（2）石油测井
（3）摄影
（4）空鼠/体感遥控器
（5）智能手机
9
一、惯性导航及其应用 3、应用（民用）
Segway(赛格威)
独轮车
10
无人机
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 1、分类：
基于经典力学：液浮陀螺、动力调谐 陀螺、静电陀螺 服从量子力学：激光陀螺、光纤陀螺、 原子陀螺 基于微加工技术：微机械陀螺
2、陀螺仪：
斯坦福大学冷原子干涉陀螺仪
（8）原子陀螺仪 朱棣文：1997年诺奖“发明了用激光冷却 和俘获原子的方法”
巴黎天文台冷原子干涉陀螺仪 19
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（9）微机械陀螺仪 工大要闻(2016.1.30)：常洪龙教授课题组在弱 耦合微机械谐振器方面的研究取得新进展
（1）加速度计基本原理
（2）陀螺积分加速度计
21
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 3、加速度计：
（3）液浮摆式加速度计
（4）石英挠性摆式 加速度计
22
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 3、加速度计：
（5）微机械（MEMS）加速度计
23
三、惯性器件测试 1、惯性器件精度基本概念
（1）海里定义：海里原是航海上的长度单位，它指地球子午线上地理纬度 1角分的长度。海里英文为nautical mile，简写为nm。
24
三、惯性器件测试
1、惯性器件精度基本概念
（2）惯性级导航系统：在航空惯性导航行业中，将导航系统运行1h水平 定位误差优于1nm（简写成1nm/h）的惯性导航系统称为惯性级导航系统。
地球自转角速率15 º /h，其千分之一为0.015 º /h，称为毫地转率（1merumilli earth rate unit），即
4、课程主要内容与意义
本课程的基本内同包括： （1）惯性器件（单自由度转子陀螺仪、石英挠性摆式加速度计和激光陀 螺）的基本工作原理、误差分析和建模； （2）常用惯性测试设备（水平仪、平板、分度头、速率和位置转台、离 心机、线振动台和高低温温箱等）的用途和使用方法； （3）惯性器件常规试验项目的测试方法； （4）典型的数据分析和数据处理技术（回归分析、时间序列分析、频谱 分析和Allan方差分析）； （5）随机系统的仿真与Kalman滤波技术； （6）捷联惯导系统和平台惯导系统的标定技术。
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一、惯性导航及其应用
3、应用（军用）
（3）战斗机
（1）运载火箭
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）交汇对接
（4）核潜艇
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一、惯性导航及其应用
3、应用（军用）
（5）战略导弹
（6）陆地战车 （7）单兵武器
2015.9.3阅兵 40多种型号装备500多件、20多种型号飞机200多架，84% 首次亮相。
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一、惯性导航及其应用 3、应用（民用）
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三、惯性器件测试
2、惯性器件的误差模型
（1）静态误差模型：指在线运动条件下惯性仪器 的数学表达式，它确定了惯性器件误差与比力之间 的函数关系。 误差模型分类
（2）动态误差模型：指在角运动条件下惯性仪器的 数学表达式，它确定了惯性器件误差与角速度、角 加速度之间的函数关系。
（3）随机误差模型：引起惯性仪器误差的因素众多、 许多是随机的、有些机理尚不明确，应用数理统计和 模型辨识理论建立随机误差的数学表达式即为随机误 差模型。
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（3）单自由度液浮陀螺仪 （4）挠性陀螺仪
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（5）静电陀螺仪
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
光学陀螺仪的主要发展历程： 1. 20世纪初有人提出利用光的干涉原理测量旋转运动， 2. 1913年法国物理学家萨格奈克研制了一种光学干涉仪， 3. 1925年迈克尔逊结合干涉仪研制出了一种光学陀螺测量装置，用于测 量地球的自转角速度，但所采用的光源是普通光，相干性极差，测量 精度低； 4. 1917年爱因斯坦提出了光的受激发射理论； 5. 1960年物理学家发明了激光； 6. 1963年，美国首先向世界公布了激光陀螺概念，但直到1981年激光陀 螺才首次被用于当时新生产的波音747飞机惯导系统中，接着于1983 年开始批量生产，其间经历了长达20年的研制周期。 7. 1967年，Pircher和Hepner提出光纤陀螺概念； 8. 1976年，Vali和Shorthill进行光纤陀螺实验演示，标志着其诞生。
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（6）激光陀螺仪
L
4S c
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
2、陀螺仪：
4 NS 光程差： L c
（7）光纤陀螺仪
高锟：2009年诺奖，“在纤维中传送光 以达成光学通讯的开拓成就”
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
确定性误差可通过建模和测试予以补偿。一般所指的惯性器件精度习 惯上为静态条件下测试的随机误差。
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三、惯性器件测试
3、惯性器件测试内容
惯性器件测试：一般是指在实验室条件下，使用专门测试设备获取 仪器输出数据，通过数据确定仪表性能参数或从中分离出数学模型系数。
（1）研究性测试。根据仪表工作机理，推导各有 关参数间的关系（物理模型），通过测试发现存在 的缺陷，提出提高仪器性能水平的设计方案或改善 加工工艺。 测试分类 （2）鉴定性测试。按验收文件，确定仪表的性能参 数是否满足设计书的要求。 （3）应用性测试。通过对仪表作严格测试，掌握其误 差规律，建立描述误差特性的数学模型，通过误差补 偿提高仪表的使用精度。