常用加速度计的基本工作原理.PDFVIP

常用加速度计的基本工作原理 及主要特点 加速度计是测量运载体线加速度的仪表。 在飞行控制系统中，加速度计是重要的动 态特性校正元件。在惯性导航系统中，高 精度的加速度计是最基本的敏感元件之一。 在各类飞行器的飞行试验中，加速度计是 研究飞行器颤振和疲劳寿命的重要工具。 加速度计的一般结构 加速度计由检测质量（也称敏感质量）、 支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成。 检测质量受支承的约束只能沿一条轴线移 动，这个轴常称为输入轴或敏感轴。当仪表 壳体随着运载体沿敏感轴方向作加速运动 时，根据牛顿定律，具有一定惯性的检测质 量力图保持其原来的运动状态不变。 它与壳体之间将产生相对运动，使弹 簧变形，于是检测质量在弹簧力的作用下 随之加速运动。当弹簧力与检测质量加速 运动时产生的惯性力相平衡时，检测质量 与壳体之间便不再有相对运动，这时弹簧 的变形反映被测加速度的大小。电位器作 为位移传感元件把加速度信号转换为电信 号，以供输出。加速度计本质上是一个一 自由度的振荡系统，须采用阻尼器来改善 系统的动态品质。 常用加速度计 • 重锤式加速度计 • 液浮摆式加速度计 • 挠性加速度计 • 微机械加速度计 重锤式加速度计原理 当基座以加速度 a运动时，由于惯性质量 块 m相对于基座后移，质量块的惯性力拉 伸前弹簧，压缩后弹簧，直到弹簧的回复 力Ft= KΔs等于惯性力时，质量块相对于 基座的位移量才不再增大。忽略摩擦阻力 不计，质量块和基座有相同的加速度，即 a =a′。根据牛顿定律 Ft= ma′ 因此a = a′ = Ft/m = KΔs/m 即 a = k′Δs 式中 k′=K/m。 所以，测出质量块的位移量 Δs，便知道 基座的加速度。 重锤式加速度计由惯性体（重锤）、弹簧 片、阻尼器、电位器和说定装置组成。惯 性体悬挂在弹簧片上，弹簧片与壳体固 连，锁定装置是一个电磁机构，在导弹发 射前，用衔铁端部的凹槽将重锤固定在一 定位置上。导弹发射后，锁定装置解锁， 使重锤能够活动，阻尼器的作用是给重锤 的运动引入阻力，消除重锤运动过程中的 振荡。敏感轴与弹体的某一个轴平行，来 测量导弹飞行时沿该轴产生的加速度。 液浮式加速度计原理 液浮式加速度计原理结构类似于液浮式陀 螺仪。壳体内充有浮液，将浮筒悬浮。浮 筒内相对旋转轴有一个失衡检验惯性（质 量块 m），偏离旋转轴的距离为 L，敏感 方向为图中的 z方向。 当沿加速度计的输入轴（敏感方向）有加 速度时，由于惯性的作用，惯性体绕旋转 轴产生惯性力矩 Ma= Lma 惯性体在惯性力矩作用下，将绕旋转轴 （输出轴）转动，惯性体绕输出轴相对壳 体转动的角度θ由传感器敏感 传感器输出与转动角度θ成比例的电压信号 即U = kuθ ku为传感器的传递系数 传感器电压输入放大器，放大器输出与输 出电压成比例的电流信号 即I = kiU ki为放大器的放大系数 放大器输出的电流信号输入给力矩器，产 生与电流成比例的力矩 Mk= kmI = kmkiU = kmkikuθ km为力矩器的放大系数 这一力矩绕输出轴作用在惯性体上，在稳态 时，它与输入加速度后惯性体产生的力矩 相平衡，即 Mk= Ma kmI = Lma 则 I = Lma/km 此时力矩器的输入电流与输入加速度成比 例，通过采样电阻可获得与输入加速度成比 例的信号。 由传感器、放大器和力矩器所组成的闭合回 路，通常称为力矩再平衡回路。所产生的力 矩通常称为再平衡力矩，其表达式为 Mk= kmI = kmkiU = kmkikuθ 式中三个系数的乘积 kmkiku 即为再平衡回 路的增益。 摆组件放在一个浮子内，浮液产生的浮力能 卸除浮子摆组件对轴承的负载，减