惯性器件原理-第十章加速度计

合集下载

陀螺仪和加速度计的精度漂移原理

陀螺仪和加速度计的精度漂移原理
陀螺仪和加速度计是惯性传感器，用于测量物体的姿态和加速度。

它们都存在
精度漂移的问题，但原理略有不同。

陀螺仪通过测量物体的角速度来确定其旋转状态。

其精度漂移主要由两个原因
引起：器件内部的噪声和器件本身的不完美特性。

首先，陀螺仪内部存在噪声源，如温度变化、电子元件的不均匀性和机械振动等。

这些噪声会引起输出信号的波动，从而导致精度漂移。

此外，陀螺仪的灵敏度也可能会随时间发生变化，进一步增加了漂移的可能性。

其次，陀螺仪的不完美特性也会导致精度漂移。

例如，陀螺仪的零偏误差（Bias）是指在无旋转状态下输出的非零信号，这会导致姿态测量的误差。

此外，
陀螺仪还可能受到机械结构的非线性影响，进一步增加了精度漂移的可能性。

与陀螺仪不同，加速度计测量的是物体的加速度。

它的精度漂移主要由重力、
振动和温度等因素引起。

首先，重力是一个常量，但在实际应用中，加速度计可能受到非重力加速度的
影响，例如振动或外力干扰。

这些非重力加速度会引起加速度计输出的误差，从而导致精度漂移。

其次，加速度计的灵敏度也可能受到温度的影响。

温度变化会导致加速度计内
部元件的特性发生变化，从而引起输出信号的波动。

综上所述，陀螺仪和加速度计的精度漂移主要受到内部噪声、器件特性、重力、振动和温度等因素的影响。

为了减少精度漂移，常常需要采取校准、滤波、温度补偿等方法来对传感器进行校正和补偿，以提高其测量的准确性和稳定性。

惯性导航仪的工作原理

惯性导航仪的工作原理导航是指确定位置、确定方向和确定速度的过程。

惯性导航仪是一种利用惯性力学原理来实现导航功能的设备。

它通过测量和集成加速度和角速度的信息，来计算和估计飞行器、船舶或车辆的位置、方向和速度。

惯性导航仪由三个主要部分组成：加速度计、陀螺仪和数据处理单元。

1. 加速度计：加速度计用于测量飞行器在三个轴向上的加速度。

它可以通过测量物体受到的惯性力来确定物体的加速度。

加速度计通常使用微机电系统（MEMS）技术制造，其中微小的质量块通过弹簧悬挂在芯片上。

当飞行器加速时，质量块会偏离其平衡位置，从而导致电容或电阻的变化。

这些变化被转换为电信号，然后被传输到数据处理单元进行处理。

2. 陀螺仪：陀螺仪用于测量飞行器的角速度。

它可以通过检测飞行器的旋转来确定其角速度。

陀螺仪通常使用激光陀螺仪或微机电系统陀螺仪来实现。

激光陀螺仪利用激光束在环形路径上的传播时间来测量角速度。

微机电系统陀螺仪则使用微小的振动结构来测量飞行器的旋转。

陀螺仪输出的信号也被传输到数据处理单元进行处理。

3. 数据处理单元：数据处理单元是惯性导航仪的核心部分，负责接收、处理和集成来自加速度计和陀螺仪的信号。

它通过对加速度和角速度进行积分，可以计算出飞行器的位置、方向和速度。

数据处理单元通常由微处理器和相关算法组成。

这些算法可以校正误差、滤波噪声，并提供准确的导航信息。

惯性导航仪的工作原理基于牛顿的第一和第二定律。

根据牛顿的第一定律，一个物体在没有外力作用下会保持静止或匀速直线运动。

根据牛顿的第二定律，物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。

因此，通过测量加速度和角速度，惯性导航仪可以推断出飞行器的位置、方向和速度。

然而，惯性导航仪存在一些误差和漂移问题。

加速度计和陀螺仪可能受到振动、温度变化和机械振动等外界因素的影响，从而导致测量误差。

此外，由于积分过程中的误差累积，导航信息的准确性会随着时间的推移而下降。

为了解决这些问题，惯性导航仪通常与其他导航系统（如全球定位系统）结合使用，通过融合多种传感器的数据来提高导航的准确性和稳定性。

加速度计工作原理

加速度计工作原理
加速度计是一种常用的传感器，用于测量物体的加速度和重力方向，进而推导出物体的运动状态和位置变化。

其工作原理是基于质量和力的关系，利用加速度对物体所施加的力进行测量。

加速度计通常由微机电系统（MEMS）构成，其中包含微小的质量块、弹簧和电容器。

当物体受到加速度时，质量块会受到惯性作用而产生相应的位移，从而拉伸或压缩弹簧。

这个位移和加速度之间存在着线性关系。

在加速度计中，电容器起到了重要的作用。

当弹簧变形时，容器的电容也会发生变化，因为电容与物体的距离有关。

通过测量电容的变化，就能间接地得知质量块受力的情况，进而推导出物体的加速度。

为了测量加速度的不同方向，加速度计通常使用多个质量块和弹簧组成一组。

这样，当物体发生加速度时，每个质量块的位移和电容变化都会有所不同。

通过对每个质量块的测量，可以得到物体在三维空间中的加速度矢量。

总的来说，加速度计的工作原理是通过测量质量块受力引起的位移和电容变化，从而确定物体的加速度和运动状态。

这种原理不仅在工业领域有广泛应用，也被广泛应用于现代移动设备和汽车等领域中。

加速度计的原理与使用方法

加速度计的原理与使用方法加速度计是一种测量物体加速度的仪器，它在许多领域如航空航天、汽车工程和运动医学等中被广泛应用。

本文将介绍加速度计的原理及使用方法。

一、加速度计的原理加速度计的原理基于牛顿第二定律，即物体的加速度与作用在其上的力成正比。

根据这一原理，加速度计通过测量物体上的力来确定其加速度。

1. 力感应式加速度计力感应式加速度计利用质量对物体的拉力或压力进行测量。

其中一种常见的类型是压电加速度计。

压电加速度计由压电晶体制成，当晶体受力时，会产生电荷。

通过测量晶体上的电荷变化，可以确定施加在物体上的力以及加速度。

2. 运动感应式加速度计运动感应式加速度计则是基于惯性原理。

它包含一个基准质量，通过测量质量相对于基准质量的位置变化来计算加速度。

当物体加速时，质量相对于基准质量会发生位移，该位移可以通过传感器测量出来。

二、加速度计的使用方法加速度计有许多不同的用途，下面简要介绍几种常见的使用方法。

1. 汽车工程在汽车工程中，加速度计被用于测量车辆的加速度、制动效果和行驶状态等。

通过安装加速度计，可以收集与车辆行驶相关的数据，如速度变化、转向行为和许多其他动态信息。

这些数据不仅可用于优化车辆性能，还可用于事故分析和安全评估。

2. 运动医学加速度计在运动医学中也有重要应用。

通过固定加速度计在运动员的身体上，可以测量运动员在训练或比赛中的加速度和冲击力。

这些数据可以帮助医生和教练评估运动员的身体状况和运动技术，并制定相应的康复计划或训练方案。

3. 航空航天在航空航天领域，加速度计是控制飞行器姿态和导航的重要工具。

通过测量加速度和方向，加速度计能够提供精确的导航和飞行控制信息。

它在航天器发射、姿态控制和着陆等过程中起到关键作用。

4. 虚拟现实和游戏控制加速度计也广泛应用于虚拟现实设备和游戏控制器中。

通过将加速度计集成到设备中，用户可以通过身体的动作来控制虚拟现实场景或游戏角色的移动。

这种交互方式使用户体验更加沉浸和自然。

惯性导航系统的基本惯性元件之一-加速度计

机器人技术
加速度计在机器人技术中也有广泛应用，如机器人运动控制、姿态监测和导航定位等。
虚拟现实和增强现实
加速度计在虚拟现实和增强现实技术中也有重要作用，如运动捕捉、体感交互和场景模拟等。
THANKS
感谢观看
汽车领域
自动驾驶
在自动驾驶汽车中，加速度计用于测量汽车的加速度和减速度，结合其他传感器实现汽车的自主导航和避障功能。
车辆稳定性控制
通过测量汽车的纵向和横向加速度，加速度计用于车辆稳定性控制，提高汽车的行驶安全性和稳定性。
机器人领域
运动控制
在机器人领域，加速度计用于测量机器人的加速度和速度，实现机器人的运动控制和轨迹规划。
压电式加速度计
总结词
高灵敏度、宽动态范围、结构简单
详细描述
压电式加速度计利用压电材料的压电效应来检测加速度，具有高灵敏度和宽动态范围的特点，同时结构简单，易于实现小型化和集成化。
电容式加速度计
总结词
低成本、低功耗、高可靠性
详细描述
电容式加速度计利用电容原理来检测加速度，具有低成本和低功耗的特点，同时可靠性较高，适用于对成本和功耗要求较高的应用场景。
计算出物体的姿态和方向。
抗干扰能力强
相对于卫星导航系统，惯性导航系统不易受到外界干扰，特别是在复杂环境和电磁噪声较大的环境中，加速度计表现出了较高的
稳定性和可靠性。
02
加速度计的种类与特性
压阻式加速度计
总结词
高精度、低噪声、稳定性好
详细描述
压阻式加速度计利用应变片或压阻元件来检测加速度，具有高精度和低噪声的特点，同时稳定性较好，适用于长时间和复杂环境下的测量。
加速度计在惯性导航系统中的应用

惯性技术与加速度计

>500
>400
103-104
103
~100
~100
表 2.三类陀螺的性能要求
旋转式陀螺
– 工作原理——角动量守恒
»
T

dH

H
dT
– 优点：稳定度高、精度高
– 缺点：磨损
陀螺
振动式陀螺 – 工作原理——科氏力
ac 2v
– 音叉式陀螺 – 优点：无摩擦，
适合MEMS
陀螺
振动式陀螺 – 角振动式陀螺
表 1.加速度计的性能要求
商业应用
动态控制
安全气囊悬挂系统
导向
飞机,汽车惯性导航
1g
1mg
0.1mg
1ug
战术军事武器保险,引信弹道修正应用
军用飞机
自动驾驶，飞行控制
惯性导航
战术导弹
地对地地对空
空对空
空对地
战略导弹
保险和点火
巡航导弹
弹道导弹惯性制导航天
压阻、压电式隧道式
热流式谐振式
电容式 – 原理 – 检测
Vsat+
Vsat-
Vs+
~
50PF
Sensor
*1
~
Vs-
DEMOD
Feedback Vr
low pass filter
玻璃
梁质量块
电极
加速度计
a
深槽刻蚀结合键合工艺
b
c
Si
d
Si
e
f
Anchor
y x
Proof Mass
Spring
加速度计
集成加速度计

加速度计测量原理

加速度计测量原理加速度计是一种能够测量物体加速度的仪器，它广泛应用于多个领域，包括运动学研究、工程测试和导航系统等。

加速度计的原理基于牛顿第二定律和质量均衡原理。

加速度计的基本原理是通过测量物体的质心加速度来间接测量物体的线性加速度。

对于二维平面内的加速度计，常用的原理包括压电原理、电感原理和光学原理等。

其中，最常用的压电原理是基于压电效应。

压电材料受到力的作用时，会产生电荷分布不均匀，从而在两个电极之间产生电荷。

当加速度计所处平面发生线性加速度时，压电材料会受到力的作用，从而产生电荷，并将其转化为电压信号。

通过测量电压信号的变化，可以计算得到加速度的大小。

电感原理是利用感应电动势来测量加速度。

通常采用的是一对线圈，其中一个线圈静止固定，称为固定线圈，另一个线圈会随物体的加速度而发生相对运动，称为移动线圈。

当移动线圈在磁场中运动时，会产生感应电动势。

通过测量感应电动势的变化，可以计算出物体的加速度。

光学原理是利用光的干涉或散射效应来测量加速度。

常用的光学加速度计有干涉仪加速度计和激光散斑加速度计等。

干涉仪加速度计利用光的干涉原理，通过测量光束的相位差来计算加速度。

激光散斑加速度计则利用激光束照射到粗糙表面上产生的散射光，通过测量散斑图像的变化来计算加速度。

无论采用何种原理，加速度计都需要进行校准和补偿。

校准是指将测量值与真实值进行比较，确定仪器的误差。

补偿是指根据仪器的固有误差进行修正，以提高测量的准确性。

此外，加速度计还可以用于测量旋转加速度。

对于旋转加速度计来说，一般通过测量旋转物体与角速度计之间的力矩来计算旋转加速度。

总之，加速度计是一种能够测量物体加速度的仪器，其原理基于牛顿第二定律和质量均衡原理。

根据不同的原理，加速度计可以采用压电原理、电感原理和光学原理等。

通过校准和补偿，可以提高加速度计测量的准确性。

加速度计不仅可以测量物体的线性加速度，还可用于测量旋转加速度。

加速度计工作原理

加速度计工作原理加速度计是一种测量物体加速度的仪器，它在工业、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用。

它的工作原理主要基于牛顿第二定律和惯性原理。

下面我们将详细介绍加速度计的工作原理。

首先，我们来看一下加速度计的结构。

加速度计通常由质量块、弹簧、传感器和电路组成。

当被测物体受到加速度时，质量块会受到惯性作用而产生位移，弹簧则会产生相应的变形。

传感器通过检测质量块的位移或弹簧的变形来测量加速度的大小。

其次，我们来了解一下加速度计的工作原理。

根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。

因此，当被测物体受到外力作用时，质量块会产生加速度，而传感器则可以通过测量质量块的位移或弹簧的变形来计算出加速度的大小。

这就是加速度计利用牛顿第二定律来测量加速度的基本原理。

此外，加速度计还利用了惯性原理。

根据惯性原理，物体在外力作用下会产生惯性力，而这种惯性力会导致质量块产生位移，从而被传感器检测到。

因此，加速度计也可以通过测量质量块的位移或弹簧的变形来间接测量加速度的大小。

总的来说，加速度计的工作原理是基于牛顿第二定律和惯性原理的。

它利用传感器检测质量块的位移或弹簧的变形来测量加速度的大小，从而在工业、航空航天、汽车等领域发挥着重要作用。

在实际应用中，加速度计还需要考虑温度、湿度等环境因素对其测量的影响，并进行相应的校准和补偿。

同时，随着科技的发展，新型的微型加速度计、MEMS加速度计等也不断涌现，为各行各业带来更多可能性。

总之，加速度计作为一种测量物体加速度的重要仪器，其工作原理基于牛顿第二定律和惯性原理。

通过测量质量块的位移或弹簧的变形，加速度计可以准确地测量加速度的大小，为工业生产和科学研究提供了重要的数据支持。

加速度计测量原理

加速度计测量原理
加速度计是一种用来测量物体加速度的仪器。

其测量原理基于牛顿第二定律，即F=ma（其中F表示力，m表示质量，a表示加速度）。

加速度计通过测量物体受到的力的大小，可以计算出物体的加速度。

一种常见的加速度计是基于质量悬挂在弹簧上的系统。

当物体受到加速度时，弹簧会拉伸或压缩，从而产生一个与加速度成正比的力。

这个力会使得质量发生位移，并且可以通过测量位移量来间接测量加速度。

另一种常见的加速度计是基于微机电系统（MEMS）技术的。

这种加速度计利用微小的微机电器件，如微小质量的弹簧和电容。

当加速度施加到这些微型装置上时，弹簧会发生位移，而电容的变化也会随之发生。

通过测量电容的变化，可以推算出加速度的大小。

加速度计通常会通过一些电子元器件，如微控制器或放大器，将测得的加速度转换成电信号。

这些信号可以被记录下来或被转换成其他形式的输出，以满足不同的应用需求。

总之，加速度计通过测量物体受到的力或装置的位移，间接测量出物体的加速度。

不同类型的加速度计有不同的测量原理，但基本原理都是基于牛顿第二定律。

这些仪器在许多领域中都得到广泛应用，例如运动分析、导航系统和工程测量等。

惯性器件原理-第十章加速度计

第十章
加速度计
10.3 挠性加速度计
10.3.1 挠性加速度计的结构和工作原理
第十章
加速度计
10.3 挠性加速度计
10.3.2 石英挠性加速度计
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。
10.1 加速度计的测量原理
比力
称f=a-G为比力
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理
比力__火箭上升
弹簧移动位移：
加速度计输出比力：
a=5G(g)
f=5g-(-g)=6g
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理
比力__自由落体
弹簧移动位移：
加速度计输出比力：
a=-1G(g)
f=-g-(-g)=0g
构成一个右手坐标系，称为摆组件坐标系。
第十章
加速度计
10.2 液浮摆式加速度计
10.2.1 液浮摆式加速度计的工作原理
重力及浮力组成力矩：
摆性：
第十章
加速度计
10.2 液浮摆式加速度计
10.2.2 浮子摆的静平衡问题
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浮心——浮力作用中心质心——摆的质量中心或重心支心——支承中心
压电式微机械加速度计
第十章
加速度计
10.5 硅微机电加速度计
加速度计的单芯片部件
信号传感器
反馈回路
放大器
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理

加速度计工作原理

加速度计工作原理加速度计是一种用于测量物体加速度的仪器，它在工业、科学研究、运动领域等方面都有着重要的应用。

加速度计的工作原理是基于牛顿第二定律和惯性原理的，通过测量物体在三个方向上的加速度来确定物体的运动状态。

本文将详细介绍加速度计的工作原理及其在不同领域的应用。

首先，加速度计的工作原理是基于牛顿第二定律。

根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成反比。

因此，当一个物体受到外力作用时，其加速度的大小与方向将发生变化。

加速度计利用这一原理，通过测量物体受到的力来确定物体的加速度。

其次，加速度计的工作原理还与惯性原理有关。

根据惯性原理，物体在没有外力作用时会保持静止或匀速直线运动。

当物体受到外力作用时，其运动状态会发生改变。

加速度计利用这一原理，通过测量物体在三个方向上的加速度来确定物体的运动状态，包括匀速直线运动、变速直线运动、曲线运动等。

在工业领域，加速度计被广泛应用于振动监测和故障诊断。

通过安装加速度计在设备或机械上，可以实时监测设备的振动情况，及时发现设备的异常振动，并进行故障诊断和预防性维护。

在科学研究领域，加速度计被用于地震监测和天体测量。

通过安装加速度计在地震监测站点或天体观测设备上，可以实时监测地震或天体的振动情况，为科学研究提供重要数据支持。

在运动领域，加速度计被应用于运动追踪和姿态识别。

通过搭载加速度计的运动追踪设备，可以实时监测运动员的运动状态，包括步态、姿态、运动轨迹等，为运动训练和科研分析提供数据支持。

综上所述，加速度计是一种重要的测量仪器，其工作原理基于牛顿第二定律和惯性原理。

通过测量物体在三个方向上的加速度，可以确定物体的运动状态。

在工业、科学研究、运动领域等方面都有着重要的应用。

加速度计的发展将进一步推动相关领域的科学研究和技术创新，为人类社会的发展进步做出贡献。

加速度计原理

加速度计原理加速度计是一种能够测量物体加速度的仪器，它在现代科技中有着广泛的应用。

在工程学、物理学、航空航天等领域，加速度计都扮演着重要的角色。

本文将介绍加速度计的原理及其工作方式。

加速度计的原理基于牛顿第二定律，即物体的加速度与作用在其上的力成正比。

当一个物体受到外力作用时，其加速度的大小与方向会发生变化。

加速度计就是通过测量这种加速度的变化来实现对物体运动状态的监测。

加速度计的工作方式主要依赖于内部的传感器。

常见的加速度计传感器包括压电传感器、电容传感器和微机电系统（MEMS）传感器。

这些传感器能够感知物体的加速度，并将其转化为电信号输出。

通过对这些电信号进行处理，就可以得到物体的加速度信息。

在实际应用中，加速度计通常被用于测量物体的线性加速度和重力加速度。

线性加速度是指物体在直线运动中所具有的加速度，而重力加速度则是指物体受到地球引力作用所产生的加速度。

通过对这两种加速度的测量，可以得到物体在空间中的运动状态。

除了测量加速度外，加速度计还可以通过对加速度的积分来得到物体的速度和位移信息。

这使得加速度计在导航、运动控制等领域有着广泛的应用。

例如，在汽车行驶过程中，加速度计可以用于测量车辆的加速度，并通过积分得到车辆的速度和位移，从而实现车辆的导航和定位。

此外，加速度计还可以用于运动状态的识别和姿态测量。

通过对物体在空间中的加速度变化进行分析，可以判断物体的运动状态，如静止、匀速运动、变速运动等。

同时，加速度计还可以用于测量物体的姿态，如倾斜角度、旋转角速度等。

总之，加速度计作为一种能够测量物体加速度的仪器，在现代科技中有着广泛的应用。

其原理基于对物体加速度的测量，通过内部的传感器将加速度转化为电信号输出，并通过对这些信号的处理得到物体的运动状态信息。

加速度计在导航、运动控制、姿态测量等领域发挥着重要作用，为人们的生活和工作带来了诸多便利。

希望本文对加速度计的原理及其工作方式有所帮助，也希望读者能够对加速度计有更深入的理解。

加速度计原理范文

加速度计原理范文加速度计是一种用来测量物体在三个方向上加速度的仪器。

它是许多现代设备的核心组件，如智能手机、汽车稳定控制系统和飞机导航系统等。

加速度计的原理基于物体的质量和牛顿第二定律，即物体的加速度等于施加在物体上的力除以物体的质量。

加速度计可以通过不同的物理原理来实现。

下面将介绍一些常见的加速度计原理。

1.电容式加速度计原理：这种类型的加速度计利用平行板电容器的电容变化来测量加速度。

当加速度计受到加速度时，会产生相对于加速度的惯性力。

这个力会导致一方的电容板移动，从而改变电容的值。

通过测量电容的变化，可以确定加速度的大小。

2.压电式加速度计原理：压电式加速度计利用压电效应来测量加速度。

压电材料可以产生电荷的极化，当材料受到外力时，会产生电势差。

加速度时，压电材料中的晶体产生应变，从而产生电势差。

通过测量电势差的变化，可以确定加速度的大小。

3.磁电式加速度计原理：磁电式加速度计使用磁敏材料来测量加速度。

磁敏材料可以生成电压和磁感应强度之间的关系。

当加速度时，磁敏材料中的磁感应强度会发生改变，从而产生电压。

通过测量电压的变化，可以确定加速度的大小。

4.光纤式加速度计原理：光纤式加速度计利用光纤中光的传播时间变化来测量加速度。

当加速度时，光纤会受到应力，从而导致光传输速度发生改变。

通过测量传播时间的变化，可以确定加速度的大小。

总之，加速度计原理可以通过不同的物理效应来实现。

它们都利用外力对物体的影响，从而间接测量物体的加速度。

现代加速度计通常采用微机电系统(MEMS)技术，将传感器和数据处理电路集成在一起，以实现更高的灵敏度和精度。

加速度计广泛应用于科学研究、工业自动化、运动监测和导航等领域。

惯性导航系统的基本惯性元件之一——加速度计

2008200225
加速度计是用来感受、输出飞行器运动加速度（或比力）成一定函数关系的电信号的测量装置。它是惯导系统确定飞行器速度、飞行距离和所在位置等导航参数的基本元件，也是实现平台初始对准不可缺少的部分。因为工作原理都是以牛顿经典力学为基础，故加速度计也属于惯性原件。
速度计计计度度度加
度计
计计计速
计
度
计
1.4按构成敏感加速度输入轴的数目分
可按构成敏感加速度输入轴的数目进行划分，分为单轴、双轴和三轴加速度计。
二、惯性导航对加速度计的要求
1.灵敏限小 2.摩擦干扰小 3.量程大
1.灵敏限小
最小加速度的测量值，直接影响飞行器的飞行速度和飞行距离的测量精度。灵敏限以下的值不能测量，本身就是误差，而形成的速度误差和距离误差随时间积累。用于惯性导航中的加速度计，其灵敏限必须要求在105 g 以下，有的要求达到 107 ~ 108 g 。
2、挠性加速度计
在20世纪60年代出现了一种新型的非液浮的干式加速度计，它的主要特点是采用挠性支承，从而使加速度计的结构与工艺大大的简化，成为惯导系统中应用的主要加速度计类型。
采用挠性支承的摆式加速度计。摆组件用两根挠性杆与仪表壳体连接。挠性杆绕输出轴的弯曲刚度很低，而其他方向的刚度很高。它的基本工作原理与液浮摆式加速度计类似。这种系统有一高增益的伺服放大器，使摆组件始终工作在零位附近。这样挠性杆的弯曲很小,引入的弹性力矩也微小,因此仪表能达到很高的精度。
主要缺点：
尽管液浮摆式加速度计已经发展的相当成熟并得到了广泛应用，但是它的结构比较复杂，浮子的密封性要求严格，不允许浮液渗进内腔。为使重心和浮心以及支承轴保持一定的关系，装配调整比较困难;冲液工艺和温度控制要求也相当严格。使用时，只有经过一定时间，达到热平衡要求，系统才能正常工作，这就使惯导系统进入正常工作前的初始对准时间加长，这对于应用来讲是十分不利的。

惯性导航仪的工作原理

惯性导航仪的工作原理引言概述：惯性导航仪是一种用于确定航行器位置、速度和方向的关键设备。

它利用惯性原理，通过测量和分析航行器的加速度和角速度来确定其准确的位置和航向。

本文将详细介绍惯性导航仪的工作原理，包括加速度计和陀螺仪的作用，以及其在现代航空航天领域中的应用。

一、加速度计的作用1.1 加速度计的基本原理加速度计是惯性导航仪中的重要组成部份之一。

它基于牛顿第二定律，通过测量航行器在三个相互垂直的轴向上的加速度来确定其运动状态。

加速度计通常使用微机电系统（MEMS）技术，通过测量弱小的电容或者电阻变化来检测加速度。

1.2 加速度计的工作过程加速度计通过测量航行器在三个轴向上的加速度来确定其位置和速度。

当航行器加速度发生变化时，加速度计会产生相应的电信号。

这些信号经过放大和滤波处理后，被传输到惯性导航仪的处理单元进行分析和计算。

1.3 加速度计的应用加速度计广泛应用于航空航天、导弹制导、车辆导航等领域。

在航空航天领域，加速度计可以匡助确定飞机的姿态和飞行状态，从而实现精确的导航和控制。

二、陀螺仪的作用2.1 陀螺仪的基本原理陀螺仪是惯性导航仪中另一个重要的组成部份。

它利用陀螺效应，通过测量航行器的角速度来确定其方向和转动状态。

陀螺仪通常采用光学陀螺仪或者微机电系统陀螺仪技术。

2.2 陀螺仪的工作过程陀螺仪通过测量航行器在三个轴向上的角速度来确定其方向和转动状态。

当航行器发生转动时，陀螺仪会产生相应的电信号。

这些信号经过放大和滤波处理后，被传输到惯性导航仪的处理单元进行分析和计算。

2.3 陀螺仪的应用陀螺仪广泛应用于航空航天、导航系统、无人机等领域。

在航空航天领域，陀螺仪可以匡助确定飞机的航向和转动状态，从而实现精确的导航和控制。

三、惯性导航仪的工作原理3.1 加速度计和陀螺仪的数据融合惯性导航仪的工作原理是将加速度计和陀螺仪的测量数据进行融合。

通过使用滤波和数据处理算法，将加速度计和陀螺仪的数据进行整合和校正，从而得到更准确的位置和航向信息。

惯性导航仪的工作原理

惯性导航仪的工作原理标题：惯性导航仪的工作原理引言概述：惯性导航仪是一种用于飞行器、舰船、导弹等载具上的导航设备，它能够独立地测量载具的位置、速度和方向，不受外界环境的影响。

惯性导航仪是现代导航系统中的重要组成部份，其工作原理是基于惯性测量技术。

一、惯性导航仪的基本原理1.1 惯性导航仪的组成：惯性导航仪由加速度计和陀螺仪两部份组成。

1.2 加速度计：用于测量载具在三个坐标轴上的加速度。

1.3 陀螺仪：用于测量载具在三个坐标轴上的角速度。

二、加速度计的工作原理2.1 加速度计的测量原理：加速度计利用质量块和弹簧组成的振动系统来测量加速度。

2.2 加速度计的输出信号：加速度计输出的是载具在三个坐标轴上的加速度信息。

2.3 加速度计的误差补偿：加速度计在工作中会受到震动、温度变化等因素的影响，需要进行误差补偿。

三、陀螺仪的工作原理3.1 陀螺仪的基本原理：陀螺仪利用陀螺效应来测量载具在三个坐标轴上的角速度。

3.2 陀螺仪的输出信号：陀螺仪输出的是载具在三个坐标轴上的角速度信息。

3.3 陀螺仪的稳定性：陀螺仪具有较高的稳定性和精度，能够准确测量载具的旋转运动。

四、惯性导航仪的数据融合和校准4.1 数据融合：惯性导航仪会将加速度计和陀螺仪的数据进行融合，以提高导航精度。

4.2 校准：惯性导航仪需要进行定位校准和姿态校准，以确保测量的准确性。

4.3 高精度惯性导航仪：现代惯性导航仪采用多传感器融合技术和自适应滤波算法，实现高精度导航。

五、惯性导航仪的应用领域5.1 航空领域：惯性导航仪在飞行器上广泛应用，可以实现飞行器的自主导航和姿态控制。

5.2 船舶领域：惯性导航仪可以匡助船舶进行自主航行和定位。

5.3 导弹领域：惯性导航仪可以确保导弹在飞行过程中准确地跟踪目标和实现精确打击。

结论：惯性导航仪通过加速度计和陀螺仪的测量数据，实现了对载具位置、速度和方向的准确测量和跟踪。

随着技术的不断进步，惯性导航仪在各个领域的应用将更加广泛和精确。

惯性元件陀螺仪、加速度计简介共54页

2.3 三自由度陀螺仪应用-1
• 三自由度支撑能使陀螺仪保持惯性主轴在空间中的方向不变，三自由度陀螺仪应用于导弹上的基本功能是敏感角位移；
• 根据其在弹体上安装方式的不同，可分为垂直陀螺仪和方向陀螺仪。
• 首先我们介绍三个姿态角的概念：
2.3 三自由度陀螺仪应用-2
• 弹体坐标系：坐标系原点O定义在飞行器的
2.1 陀螺仪概述-8
• 1950s，以陀螺仪为核心的惯性导航技术趋于成熟，其标志是1958年，美国“鹦鹉螺” 号核潜艇经珍珠港白令海峡-北极波特兰，历时 21天，航程 15000 Km。
2.2 陀螺仪的基本特性-1
三自由度陀螺仪示意图和简化示意图
2.2 陀螺仪的基本特性-2
• 陀螺仪的两个基本特性： • 1) 定轴性：陀螺在不受任何外力和外力矩
2.2 陀螺仪的基本特性-7
• 4) 外力矩为零时，进动角速度为零，保持H 恒定，这就是定轴性；
• 5) 章动：陀螺转子轴受冲击后在原来位置附近振荡的现象，陀螺转子达到额定转速之后才投入工作，以抑制章动；
• 6) 陀螺力矩，是陀螺仪加给外界施力的反力矩，与外力矩大小相等，方向相反。
• 7) 技术方程和运动分析参见参考书。
• 滚转角： OY1轴与包含弹体纵轴的垂直平面之间的夹角，弹体向右滚转时为正，反之为负。
2.3 三自由度陀螺仪应用-4
• 垂直陀螺仪的功能是测量飞行器的俯仰角和滚转角。
垂直陀螺仪原理图
2.3 三自由度陀螺仪应用-5
方向陀螺仪的功能是测量飞行器的俯仰角和偏航角。
方向陀螺仪原理图
2.3 三自由度陀螺仪应用-6
• 三自由度陀螺仪的几个说明： • 1) 姿态角过大时，有时会失去一个自由度，

加速度计原理

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。
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。
但为了抑制交叉耦合误差，力矩再平衡回路必须是高增益的，所以，挠性加速度计装配有一个高增益伺服放大器，使摆组件始终工作在极小的偏角范围内（在零位附近），挠性杆变形小，引入的弹性力矩也微小，因此仪表能达到很高的精度。这类加速度计有充油式和干式两种。充油式的内部以高粘性液体作为阻尼液体，可以改善仪表动态特性和提高抗震动、抗冲击能力。干式加速度计采用电磁阻尼或空气膜阻尼，便于小型化、降低成本和缩短启动时间，但精度比充油式低。

惯性级加速度计原理

ke kskakt ke (1 k )
ke (1 k) ke
挠性加速度计工作原理
特性分析
① 允许测量误差为 1105 g ，且加计测量值为 5g
则回路最小开环增益
kmin
ai a
5g 1105
g
5 105
②允许测量误差为 1105 g ，且摆性 mL 2.86g cm
挠性支承弹性系数为 ke 2.24g cm / rad 则稳态摆偏角 mL a 2.6
一般摆式加计原理
惯性测量可行性分析
② 测 amax 10g
设已满足 mL 104 g cm ，即忽略Md
再设 max 1
ke min
maL
max
3.438 107 g cm / rad
结论2：要求弹簧极硬，难实现。
总结论: 一般摆式加速度计很难满足惯性导航要求
惯性导航对加速度计的要求
再平衡回路的作用
分类
模拟再平衡回路数字再平衡回路
直流再平衡回路交流再平衡回路
直流模拟再平衡回路
使用条件
信号器敏感加速度输出直流信号的场合
基本组成及部件功用
交流模拟再平衡回路
基本组成及部件功用
脉冲数字再平衡回路
二元脉冲调宽再平衡回路组成
脉冲数字再平衡回路
工作原理
加速度作用→摆组件偏离零位→信号器输出误差信号→误差信号处理器进行直流放大、滤波、解调、补偿→量化器进行模数转换→形成与模拟电压成比例的脉冲电流→力矩器→平衡干扰力矩。
摆锤
RS
VS
加速度测量的交叉耦合效应
交叉耦合效应
ao
ap
ao
ap cos ai sin