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加速度計
來源:互聯網

加速度計是測量運載體線加速度的儀表。在飛行控制系統中,加速度計是重要的動態特性校正元件;在慣性導航系統中,高精度的加速度計是最基本的敏感元件之一;在各類飛行器的飛行試驗中,加速度計是研究飛行器顫振和疲勞壽命的重要工具。

加速度計用于測量物體的加速度,通過對測量的加速度積分后可以得到物體運動的速度,二次積分后可以得到物體的位移。

在工程應用中,目前應用較多的有撓性加速度計、液浮擺式加速度計、振弦式加速度計、振梁式加速度計、擺式積分陀螺加速度計和靜電加速度計等。

基本原理

將加速度計的敏感軸置于機體的三個軸向,可測量飛機三個軸向的線加速度。如簡單加速度計原理圖所示,是由彈簧和彈簧所支承的可動質量塊(稱為敏感質量)以及信號變換器(圖中為電位計)和阻尼器等部分組成。質量塊可沿敏感軸方向移動,電位計電刷與質量塊固連,因此,電位計輸出的電壓體現了質量塊在儀表殼體內的位置。

基本結構

加速度計由檢測質量(也稱敏感質量)、支承、電位器、彈簧、阻尼器和殼體組成。檢測質量受支承的約束只能沿一條軸線移動,這個軸通常稱為輸入軸或敏感軸。儀表殼體隨著運載體沿感受軸線方向做加速運動時,根據牛頓定律,具有一定慣性的檢測質量力圖保持其原來的運動狀態不變。它與殼體之間將產生相對運動,使彈簧變形,于是檢測質量在彈簧力的作用下隨之加速運動。當彈簧力與檢測質量加速運動時產生的慣性力相平衡時,檢測質量與殼體之間便不再有相對運動,這時彈簧的變形反映被測加速度的大小。

常見分類

加速度計按輸出與輸入的關系可分為加速度計、積分加速度計;

根據檢測質量的支撐結構形式和材料特點可分為撓性加速度計、液浮加速度計、氣浮加速度計、石英加速度計等;

根據將測得的加速度轉換為電信號時利用的物理原理不同,又可分為擺式陀螺加速度計、壓電加速度計、振弦加速度計等;

采用新材料、新工藝的新型加速度計,如利用微機電技術(MEMS)的硅微機械加速度計和石英振梁式加速度計等;

按輸出信號的方式,加速度計分為模擬式和數字脈沖加速度計;

按敏感加速度輸入軸的數目,加速度計分為單軸、雙軸和三軸加速度計。

工程應用

在工程應用中,敏感測量載體加速度的元件主要是加速度計,目前應用較多的有撓性加速度計、液浮擺式加速度計、振弦式加速度計、振梁式加速度計、擺式積分陀螺加速度計和靜電加速度計等。液浮擺式加速度計主要應用在量程小、測量精度要求高領域,在艦船等長航時導航系統上應用較多。靜電加速度計是測量精度最高的敏感器件,能敏感10-8g甚至更小的加速度,且功耗低、壽命長,非常適合空間探測等領域應用。擺式積分陀螺加速度計主要特點是動態范圍寬、精度高,但結構復雜、質量和體積較大,主要用于運載火箭和彈道導彈的制導等領域。體積小巧的中低精度石英振梁加速度計利用諧振器的力一頻率特性來測量載體的加速度,在國際應用較多。

石英撓性加速度計具有質量和體積小、功耗和價格低等特點,是機械擺式加速度計的主流產品,技術成熟可靠,目前在工程中應用最為廣泛。綜合助飛魚雷的實際使用情況,在彈道參數測量中選用了石英撓性加速度計,發揮其可靠性高、頻帶寬等優點,結合石英撓性加速度計的建模和誤差補償技術,有效地保障了對載體運動加速度敏感測量的精度。

參考資料 >

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