惯性器件原理-第十章加速度计

1、第十章加速度计第十章加速度计 加速度计测量的理论基础是牛顿惯性定律。物质的质量不依赖于参考系，加速加速度计测量的理论基础是牛顿惯性定律。物质的质量不依赖于参考系，加速 度计通过测量物体加速时的惯性力来工作。度计通过测量物体加速时的惯性力来工作。 加速度计至少由三部分组成：加速度计至少由三部分组成： l检测质量检测质量 l固定检测质量的弹性支承固定检测质量的弹性支承 l输出与加速度有关信号的传感器输出与加速度有关信号的传感器 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 第十章加速度计第十章加速度计 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 第十章加速度计第十章加速度计 比力 10.1

2、加速度计的测量原理加速度计的测量原理 称f=a-G为比力 第十章加速度计第十章加速度计 比力_火箭上升 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 弹簧移动位移： 加速度计输出比力： f=5g-(-g)=6g 第十章加速度计第十章加速度计 比力_自由落体 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 弹簧移动位移： 加速度计输出比力： f=-g-(-g)=0g 第十章加速度计第十章加速度计 开环加速度计 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 开环加速以计又称简单加速度计，也有人称为过载传感器。 这类加速度计的测量系统是开环的。加速度值经过敏感元件、 信号传感器、放大器变成电信号

3、直接输出。开外加速度本身 既不需要对输出进行测量，也不需要把输出量反馈到输入端 与输入量进行比较。因此，对应于每一个被测量的加速度值， 开环加速度计便有一个输出值与之对应。 活动部件活动部件信号传感器信号传感器放大器放大器 被测加速度被测加速度 输出电量输出电量 第十章加速度计第十章加速度计 闭环加速度计 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 闭环加速度计又称力平衡式加速度计、力反馈加速度计、 带有补偿系统的加速度计，也有人称为伺服加速度计。 这类加速度计的测量系统是闭环的，被测加速度经过敏感元 件、信号传感器、放大器等变成电信号，加给对活动系统有 控制作用的力发生器。 也就是说，采

4、用了反馈，把输出量与 输入量进行比较，构成了一个闭环控制系统。 活动部件活动部件信号传感器信号传感器放大器放大器 被测加速度被测加速度 输出电量输出电量 反馈回路反馈回路 第十章加速度计第十章加速度计 加速度计设计准则 10.1 加速度计的测量原理加速度计的测量原理 l线性化 通过力反馈回路设计 l响应频率 调节力反馈回路的比例系数 加速度计的响应频率应是载体频率的十倍以上 l阻尼 减少到达稳态的时间 快速阴尼，稳态不产生力 第十章加速度计第十章加速度计 10.2.1 液浮摆式加速度计的工作原理液浮摆式加速度计的工作原理 10.2 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 为了减小摆组件支承轴上 的摩

5、擦力矩，并得到所需 的阻尼，将摆组件悬浮在 液体中。摆组件的重心和 浮心位于摆组件支承轴 （输出轴）OA的两侧。, 的连线与摆组件的支承轴 垂直，称为摆性轴 PA 。 而同摆性轴 PA及输出轴 OA垂直的轴，称为输入轴IA。IA，OA及PA三轴共交于一点O， 构成一个右手坐标系，称为摆组件坐标系。 第十章加速度计第十章加速度计 10.2.1 液浮摆式加速度计的工作原理液浮摆式加速度计的工作原理 10.2 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 重力及浮力组成力矩：重力及浮力组成力矩： 摆性：摆性： 第十章加速度计第十章加速度计 10.2.2 浮子摆的静平衡问题浮子摆的静平衡问题 10.2 液浮摆式加

6、速度计液浮摆式加速度计 浮子摆必须具有一定的摆性以敏感加速度，加工完的浮子 摆有三心 l浮心浮力作用中心 l质心摆的质量中心或重心 l支心支承中心 浮子摆的浮子摆的“静平衡静平衡”，即摆组合件在中性悬浮（全浮）状 态下，调整质心与浮心，使其满足以下要求： l重力与浮力相等重力与浮力相等 使轴承不受力，仅起定位作用 l三心共线三心共线 第十章加速度计第十章加速度计 10.2.3 摆性的选择摆性的选择 10.2 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 l支承摩擦力矩决定最小敏感加速度支承摩擦力矩决定最小敏感加速度 l力矩器所产生的最大力矩应决定平衡最大加速力矩器所产生的最大力矩应决定平衡最大加速 度度

7、特点： l湿式加速度计油最高温湿式加速度计油最高温 l精度精度100ug 第十章加速度计第十章加速度计 10.3.1 挠性加速度计的结构和工作原理挠性加速度计的结构和工作原理 10.3 挠性加速度计挠性加速度计 挠性加速度计也是一种摆式加速度计，它与液浮加速度 计的主要区别在于，它的摆组件不是悬浮在液体中，而是弹性 地联接在某种类型的挠性支承上。挠性支承消除了轴承的摩擦 力矩，当摆组件的偏转角很小时，由此引入的微小的弹性力矩 往往可以忽略。 第十章加速度计第十章加速度计 10.3.1 挠性加速度计的结构和工作原理挠性加速度计的结构和工作原理 10.3 挠性加速度计挠性加速度计 第十章加速度计第

8、十章加速度计 10.3.2 石英挠性加速度计石英挠性加速度计 10.3 挠性加速度计挠性加速度计 钢的热膨胀系数是，与之相比石英的热膨胀系 数是，摆性随温度的变化不大，而且使之对标度 因数误差的影响小。因此，采用非导石英材料制作摆与挠性接 头，并将摆与挠性接头进行一体化设计，可大提高挠性加速度 计的精度。 第十章加速度计第十章加速度计 用于什么？用于什么？ 10.4 陀螺积分速度计陀螺积分速度计 第十章加速度计第十章加速度计 硅与钢性能比较硅与钢性能比较 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 压阻式微加速度计压阻式微加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机

9、电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 电容式加速度计电容式加速度计 （1）平板电容式加速度计）平板电容式加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 电容式加速度计电容式加速度计 （2）扭摆式加速度计）扭摆式加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 电容式加速度计电容式加速度计 （3）梳齿式电容微机械加速度计）梳齿式电容微机械加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 隧道电流型加速度计隧道电流型加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 振梁式微机械加速度计振梁式微机械加速度计 10.5 硅微机电加速度计硅微机电加速度计 第十章加速度计第十章加速度计 微型热对流加速度计微型热对流