整理石英挠性加速度计知识
石英挠性加速度计输出噪声特性分析_侯文超
４． ２ 力反馈回路及检测仪表 力反 馈 回 路 主 要 包 括 电 容 敏 感 、 交 流 放 大、 带 通滤波 、 相 敏 解 调、 校 正 网 络、 低通滤波和电流放 大 。 测试时回路不接加速度计表体 ， 将输入短路测 输出噪声 。 测试结果如图 ６ 所示 。
１ 引言
加速度计是惯性导航与制导系统的核 心 元 件 ， 随着系统对其精度的需求越来越高 ， 重力无源辅 助 导航是必不可少的 ， 它需要精确测量地球重力场 加
］ １ 。 同时地 球物 理 勘 探 、 速度［ 矿物资源开发也需要
测试 ， 才能挖掘加速度计表体本身具有的分辨率 潜 力 。 当然噪声低并不代表具有高的分 辨 率 ， 但它是 一个前提 。 分辨率与噪声的关系如下 ： （ ） ／ Ｄ＝Ａｎ 槡 Ｂｗ · ２ １ π 式中 ， Ｄ 为分 辨 率 ； Ａｎ 为 噪 声 功 率 谱 密 度 ； Ｂｗ 为 带 宽。 通过噪声测 试 可 间 接 判 断 加 速 度 计 具 有 的 分 辨能力 。 因此本 文 对 加 速 度 计 输 出 噪 声 进 行 了 试 验分析 ， 包括加速度计表体 、 线路 、 检测仪表及测试 环境 ， 阐明产生噪声的根源 ， 寻求降低噪声的途径 ，
（ ） ２ 噪声测试 ｂ ２ Ｅ －
Ｒ ｍ ｌ （） ａ ｓ＋ （ Ｋ
１
Ｍ
） ＲＭｆ （ ｓ ＫＭ
）
（ ） ２
３ 输出噪声
从特性方程 （ 可 以 看 出 ＫＦ 反 馈 放 大 系 数 大 ２） 可降低ａ 但线路输出的 ０ 交叉加速度对输出的影响 ， 信噪比也相对增大 ， 因此合理选择回路参数及器件 对降低噪声至关重要 。 为了降低环境对加速度计测试性能的影响 ， 通 常选择隔振基座和恒温恒压条件 ， 隔振基座减震水 平要高于加速 度 计 要 测 试 的 分 辨 力 精 度 。 现 有 的 恒温恒压条件 实验室隔振基座精度为 １ ０ ｇ 量级 ， ， 在此基础上对研制的石英挠性加速 为 Ｔ±３℃／ ｄ
石英加速度计的数学静态模型_解释说明以及概述
石英加速度计的数学静态模型解释说明以及概述引言的内容应该包括概述、文章结构和目的三个部分。
在撰写引言时，需要对全文进行概述，介绍石英加速度计的数学静态模型以及解释说明，并明确本文的结构和目的。
1. 引言1.1 概述本篇长文将详细探讨石英加速度计的数学静态模型。
作为一种重要的测量仪器，石英加速度计在导航领域和地震监测中具有广泛应用，且具有较大的发展潜力。
本文将深入解释石英加速度计的原理及背景，并通过建立数学静态模型来对其进行详细分析。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分：引言、石英加速度计的数学静态模型解释说明、石英加速度计的应用领域和前景展望、实验验证与结果分析以及结论与展望。
首先，引言部分将提供一个整体概述，并介绍后续各节所涵盖的内容。
然后，在第二部分中，我们将详细阐述石英加速度计的原理及背景，并介绍数学静态模型的基本原理。
在第三部分，我们将着重探讨石英加速度计在导航领域的应用以及其在地震监测中的潜力，并对其他应用领域进行展望。
第四部分将介绍实验设计及步骤，并说明数据采集与处理方法。
最后，在结论与展望部分，我们将总结本文所得出的主要结论，并提供未来研究方向的展望。
1.3 目的本文旨在通过解释和探讨石英加速度计的数学静态模型，深化人们对该仪器原理和应用领域的理解。
同时，通过实验验证与结果分析，验证模型的可行性和准确性。
最终，本文希望能够为相关领域研究者提供参考，并为未来进一步探索石英加速度计的可能性提供基础。
2. 石英加速度计的数学静态模型解释说明：2.1 石英加速度计的原理及背景：石英加速度计是一种利用压电效应测量加速度的设备。
其工作原理基于压电晶体会在施加力或产生振动时产生电荷，从而可以推导出物体所受的加速度。
这种技术已经被广泛地应用于导航、地震监测和其他领域，并且具有较高的精度和灵敏度。
2.2 数学静态模型的基本原理：石英加速度计的数学静态模型是通过建立物体运动方程以描述其受到的力和加速度之间的关系来实现。
加速度计分类方法,主要性能指标及其意义资料
三. 典型加速加速度计
闭环液浮摆式加速度计
振弦式加速度计
四. 加速度计性能指标
某石英挠性加速度计性能参数
1. 加速度计的标度因数
• 标度因数是指输出信号与输入信号之比。输入是加速 度，输出可能是模拟量，如直流电压。标度因数单位是多 少毫伏每g，一般希望标度因数要大一点，有利于信号传 输时提高信噪比。 • 加速度计也可能输出的是脉冲数，输入的加速度比例 于输出的脉冲频率。每一个脉冲反映了加速度作用下的速 度增量，称为脉冲当量。把输出的脉冲累加起来就成了速 度，这时的加速度计称为积分式加速度计。
4. 死区或阈值
•死区是指加速度计没有信号输出的范围。阈 值是指加速度计有确切输出的最小加速度输入 量。高精度加速度计的阈值达10-7g。
5. 测量范围
6. 分辨率
• 分辨率是反映加速度计测量灵敏度的标志，根据加速度 计的标度因数，输入加速度的变化引起相应的输出变化， 当输出变化达到应该变化输出二分之一时的最小输入量， 定义为分辨率。 • 高精度的加速度计分辨率可达10-7— 10-8g 。阈值是反 映加速度计在零位附近的特性，分辨率反映加速度计全 量程的灵敏度。
7. 带宽和频率响应
•带宽或频率响应是反映加速度计的动态特性的指标。
谢谢大家
2. 标度因数的线性度和稳定性
• 标度因数的稳定性是要求标度因数固定不变，不 要受温度、磁场等环境因素引起输出与输入比值 的变化。 • 标度因数不稳定和非线性都会引起系统的误差。 高精度的加速度计的标度因数稳定性和线性度可 以做到10-6 ——10-7g。
3. 零偏及零偏的稳定性
在没有加速度输入时加速度计的输出称为零位 偏值。
闭环加速度计
• 闭环加速度计又称力平衡式加速度计，力 反馈加速度计，带有补偿系统的力加速度 计或伺服加速度计，它的测量系统是闭环 的。 • 优点：抗干扰能力强，精度高，始终工作 在零位附近，可以夸大量程。 • 缺点：结构相对复杂。 • 应用：大部分惯性导航与制导系统中。
浅谈石英挠性加速度计安装失准角的调试方法
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2018年第07期·125·文章编号：2095－6835（2018）07－0125－02浅谈石英挠性加速度计安装失准角的调试方法段彤（陕西宝成航空仪表有限责任公司，陕西宝鸡721006）摘要：介绍了石英挠性加速度计的基本结构、工作原理、数学模型及“安装失准角”的概念。
对装配石英挠性加速度计表头时失准角的调试方法进行了分析和阐述，以期为石英挠性加速度计安装失准角的调试提供参考依据。
关键词：石英挠性加速度计；失准角；数学模型；调试方法中图分类号：TH824＋.4文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.07.125石英挠性加速度计是一种经典的高精度机械摆式加速度传感器，作为惯性导航、制导系统的关键部件，已广泛应用于航空、航天、航海、石油钻井等领域[1]。
安装失准角θ是石英挠性加速度计重要的性能指标，它的大小可以在加速度计表头装配的环节通过专用吊装工装夹具进行调试，达到整表产品性能要求。
1加速度计数学模型和失准角加速度计的模型方程是表达加速度计的输出与沿加速度计输入基准轴IA 作用的加速度等物理量之间数学关系的方程式。
加速度计简化的模型方程可表示为：E ＝K 1（K 0＋a i ＋K 2a i ＋θo a p －θp a o ）.（1）式（1）中：E 为加速度计输出，V ；a i ，a p ，a o 分别为沿IA 、PA 、OA 轴作用的加速度，g ；K 0为偏值，g ；K 1为标度因数，V/g ；K 2为二阶非线性系数，g/g 2；θo 为摆态安装失准角，rad ；θp 为门态安装失准角，rad 。
安装失准角又叫“输入轴安装误差”，定义为输入轴和与它相联系的输入基准轴之间的夹角。
石英挠性加速度计的失准角就是壳体安装面的垂线（输入基准轴）与输入轴（无输入状态下石英摆片的垂线）之间的夹角。
提高石英挠性摆式加速度计可靠性的技术途径
1998年第6期总第236期导弹与航天运载技术MISSI L ES AN D SPACE VEHIC L ESNo.61998Sum No.236提高石英挠性摆式加速度计可靠性的技术途径X何 崴(北京兴华机械厂,100854)摘要 石英挠性摆式加速度计胶接存在可靠性问题。
分析了影响可靠性的因素,指出用激光焊接可替代胶接,从根本上解决了仪表的可靠性问题。
主题词 石英,摆式加速度计,胶接,激光焊接,可靠性。
The T echnical Method to Improve R eliabilityof Q u artz Flexure Pendulous AccelerometerHe Wei(Beijing Xinghua Machinery Factory,100854)Abstract There is problem of reliability in quartz flexure pendulous accelerom2 eter when it is glued.The factors influencing reliability are analyzed and a newmethod using laser welding instead of gluing is advanced.The laser welding can avoidany reliability problem of accelerometer.K ey Words Quartz,Pendulous accelerometer,Adhesive bonding,Laser weld2 ing,Reliability.1 引 言石英挠性摆式加速度计(石英表)是一种机械摆式加速度计,广泛应用于航天、航空、航海、交通、石油、建筑等各个领域。
该种石英表由于结构简单、体积小、精度和灵敏度高、稳定性好、功耗小、成本低等优点,在航天领域的导弹和运载火箭中的应用更加普遍。
石英挠性加速度计的压膜阻尼分析_王错
n pn 12μ i， j +1 + pi， j －1 + + υi， j h3 （ Δr） 2
2
2加速度计的结构散视图如图 1 所示。 石英摆片通过双挠性梁悬于外圈框架之上， 摆片两
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电子测量与仪器学报
第 30 卷
可以判断加速度计中的空气流动仍处于连续流区， 无需考虑滑移边界条件， 即不考虑空气在固体壁面 ［ 12］ 的滑移现象 。 考虑石英摆片的形状， 在极坐标系下进行阻尼 示意图如图 2 所示， 图中也标出了极坐标下 分析， 角度 θ 等于 0 的起始位置。
后在各个区域分别求解雷诺方程得到空气压强分 布， 接着对压强分布在各区域内进行积分求得阻尼 力矩， 最后各区域的阻尼力矩相加再除以设定角速 度 ω 即可得到摆片的空气阻尼系数。
3
3． 1
压膜阻尼计算与验证
压膜阻尼计算 由于区域 I 和区域 II 的边界不完全是极坐标 故采用 FDTD 方法计算其压膜阻 下的规则边界， 尼。从图 2 所示摆片的中心开始沿径向和周向均 用下标 j 和 i 分别标识径向和周向的 匀划分网格， 网格， 则式（ 4 ） 所示雷诺方程的中心差分格式可以 表示为： p i， 1 p i， j + 1 － 2 p i， j + p i， j －1 j + 1 － p i， j －1 + + 2 rj 2 Δr （ Δr）
图 2 石英摆片的坐标系及区域划分 Fig． 2 Polar coordinate and zone division of quartz pendulous reed 忽略温度变化和空气压缩， 极坐标系下的雷诺 ［ 13］ 。 方程可表示为式（ 4 ）
2 2 p 1 p 1 p 12 μ dh 12 μ + 2 2 = 3 = 3 υ （ 4） 2 + r r r θ h dt h r 式中： p 表示摆片表面上的空气压强， μ 表示空气的
石英挠性加速度计表头稳定性实验研究
石英挠性加速度计表头稳定性实验研究王永建;唐立军;赵鹏;刚煜;贺慧勇【摘要】高精度石英挠性加速度计对表头稳定性提出了较高的要求,而垂直敏感轴方向加速度对表头稳定性的影响容易被忽视.首先对表头中摆片组件在垂直敏感轴方向加速度作用下的动力学规律进行了研究;然后设计了基于开环阶跃实验的表头稳定性测试方法;搭建实验平台,在重力场中对摆片组件与重力加速度夹角为0°和180°的情况进行了实验.实验结果表明:摆片组件与重力加速度夹角为0°时,摆片摆动幅度小,石英挠性加速度计表头稳定性好.%High precision quartz flexible accelerometer on the stability of the header made a higher demand.The effect of the acceleration in the direction perpendicular to the sensitive axis on the stability of the header is easily overlooked.Firstly,the kinet-ic law of the quartz pendulum components under the acceleration in the direction perpendicular to the sensitive axis was studied. Then the method of header stability based on open-loop step experiment was designed.By the experimental platform in the gravita-tional field,the two cases that the angle between quartz pendulum components and the acceleration of gravity is 0° and 180° were experimented.Experimental results show that when the angle between quartz pendulum components and the acceleration of gravity is 0°,qua rtz pendulum components swing range is small,quartz flexible accelerometer header stability is improved.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P45-47,51)【关键词】石英挠性加速度计;开环阶跃实验;石英摆片组件【作者】王永建;唐立军;赵鹏;刚煜;贺慧勇【作者单位】长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙 410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410114;近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室,湖南长沙 410114【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言石英挠性加速度计是一种经典的高精度机械摆式加速度计，具有结构简单、体积小等特点，被广泛用于航空航天等领域中，其性能直接影响整个惯性导航系统[1-2]。
挠性加速度计石英摆片的微运动仿真分析
挠性加速度计石英摆片的微运动仿真分析连德浩;李强;孙飞;陈雪冬【摘要】加速度计石英摆片的微运动仿真分析可以获取帮助提高石英挠性加速度计生产质量的技术手段和途径。
从加速度计石英摆片的物理模型入手，用有限元方法对摆式加速度计的关键部件石英摆片进行静力计算与模态分析，直观地显示了石英摆片结构的应力场与形变场，获得了各阶自然频率和阵型。
结果表明：采用有限元分析的方法能够辅助提高加速计的性能。
%The micro motion simulation analysis of accelerometer quartz pendulum can get technical method and approach to improve production quality of quartz flexible accelerometer. Starting with the research of physical model of accelerometer quartz pendulum,static calculation and modal analysis on key component quartz pendulum are carried out through the finite element method,visually display stress field and deformation field of the structure of quartz pendulum,and gain natural frequency in different orders and formation. The results indicate that the finite element method can improve the performance of accelerometer.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】4页(P15-18)【关键词】石英挠性加速度计;有限元;模态分析【作者】连德浩;李强;孙飞;陈雪冬【作者单位】西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621900;西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621900;西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621900;中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TP391石英挠性加速度计是一种经典的高精度机械摆式加速度计，因其具有结构简单、体积小、功耗低、灵敏度高等优点，在地质钻探、海洋调查等多个领域具备广泛的应用，特别是作为惯性导航设备，其性能直接影响整个系统的测量精度与稳定性[1]。
高精度石英挠性加速度计闭环系统的设计与分析
Ｌ ｕＲ ｎ ，。 Ｃ ｉ ｉｎ Ｄ ｎ ａ ｉ ｕ ， ａ Ｔｊ ｇ ， ｉ ｉｇＨ ｏ＇ 。
（ ａ ｏ ａ ｒ ｆＭｉ ｏＩ ｅｔ ｌ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｎ ｖ ｎ ｅ ｖｇ ｔ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｎｓ ｙ ｏ ｄ ｃ ｔ ｎ Ｓ ｕｈ ａｔ ｉｅｓ ｙ Ｌ ｂ ｒｔ ｙｏ ｃ ｎ ｒ ａ Ｉｓ ｕ ｎ ｄ Ａｄ ａ ｃ ｄＮａ ｉａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｉ ｒ ｆＥ ｕ ａｉ ， ｏ ｔｅ ｓ Ｕｎｖ ｒ ｔ ｏ ｒ ｉ ｒ ａ ｏ Ｍｉ ｔ ｏ ｉ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ０ ０ ．０ ０ ０ ． １ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ １— ５ ５ ２ １ ． ２ ０ ８ ｓ
－．．
】
口
同
精 度石 英 挠 性 加 速 度 计 闭环 系统 的设 计 与 分析
刘 润 蔡体 菁 丁 昊 ，
（ 东南 大学 微惯 性仪表与先进导航技术 教育部重点实验室 ， 南京 ２０ ９ ） １０ ６ （ 东南 大学仪器科学与工程学 院 ， 南京 ２０ ９ ） １０ ６ （ 京航空航天大学工程训 练中心 ， 南 南京 ２ ０ １ ） １０ ６
（ ｎ ｉｅｒ ｒｉｉｇＣ ｎｅ ， ｎｉｇＵｎｖｒ ｔ ｏ ｅｏ ａｔ ｓａｄＡｓｏ ａｔ ｓ ａ３ ｇ２ ０ １ ， ｈｎ ） Ｅ ｇｎｅ ａｎｎ ｅｔｒ Ｎａｊ ｉｅｓｙ ｆＡ ｒｎ ｕｉ ｎ ｔ ｎｕｉ ，Ｎ ｎｉ １０ ６ Ｃ ｉａ Ｔ ｎ ｉ ｃ ｒ ｃ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｉｆｕ ｎ ｉｌ ｆ ｃ ｏ ｓ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｉ ｎ ｆ ｑ ｒｚ ｆｅ ｕ ｅ ｃ ｅ ｅ ｏ ｔ ｒ ｒ ａ ｌ ｚ ｄ． ｅ ｎ ｅ ｔａ ａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｅ ｏｌｔｏ ｏ ｕａｔ ’ ｘ ｒ ａ ｃ ｌｒ ｍｅｅ ａ ｅ ｎａｙ ｅ ｌ ｌ
石英挠性加速度计温度补偿算法
石英挠性加速度计温度补偿算法陈福彬;张科备【摘要】石英挠性加速度是惯性导航系统核心的惯性器件之一,其输出精度受到温度变化的影响,为了降低温度对石英挠性加速度计精度的影响,在研究石英挠性加速度计数学模型的系数随温度变化规律的基础上,设计了加速度计温度模型辨识试验方法,利用数据拟合方法建立了加速度计温度模型.应用该模型提出了石英挠性加速度温度补偿算法,针对该算法的有效性,进行了实验验证,结果表明应用该温度补偿算法,可使加速度计的测量精度提高一个数量级,补偿效果明显.该温度补偿算法可有效地应用于捷联式惯性导航系统等领域中.【期刊名称】《中国惯性技术学报》【年(卷),期】2016(024)001【总页数】5页(P98-102)【关键词】石英挠性加速度计;温度特性;温度模型辨识;补偿算法【作者】陈福彬;张科备【作者单位】北京信息科技大学信控中心,北京 100101;北京控制工程研究所,北京100080【正文语种】中文【中图分类】U666.1石英挠性加速度计主要用于平台惯导系统和捷联惯导系统，作为平台调平和观测载体运动加速度的敏感元件，其精度直接影响到导航系统的定位精度。
在影响石英挠性加速度计测量精度的多个因素中，温度的影响尤为突出。
本文研究了温度对加速度计输出影响的规律，建立了加速度计温度模型并对由温度引起的误差进行补偿，以此提高加速度的测量精度[1]。
石英挠性加速度计是单自由度的闭环式挠性机械摆式加速度计，这种加速度计一般是把挠性杆和电容传感器动极板做成一体。
图1为具有电容式信号传感器的石英挠性加速度计原理简图。
石英挠性加速度计主要由整体石英挠性摆组件(包括质量块和挠性杆)、差动检测电容、力矩器、壳体等部分组成。
质量块通过挠性杆与壳体连接，力矩线圈绕在质量块上。
当载体沿着加速度计输入轴有加速度时，比力作用在质量块上，比力对挠性杆形成摆力矩，于是挠性杆产生位移，则位于挠性杆顶端的两边由磁钢面构成的电容器间隙一边增大，另外一边减小，从而两端电容量发生变化。
石英加速度计及角速度传感器陀螺仪性能指标概述
连接器 PIN 描述
PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
信号 信号输出 电流转矩 -15V±10%VDC +15V±10%VDC
NC 温度传感器输出
自检 地 -9VDC 输出 +9VDC 输出
北京约克仪器 mail：sensor-bj@
5
电 话：010-51298884 / 18601333305
年稳定性
µg
<1500
温度灵敏性
µg/degC
<200
比例因子
mA/g
1.0...1.4
年稳定性
ppm
<1500
温度灵敏性
ppm/degC
<200
轴偏差
µrad
<2000
年稳定性
µrad
<100
非线性
µg/ g 2
<100
工作温度
degC
-55...+85
振动
g, Hz
8g@ 20~2000Hz
冲击
PIN
信号
6 温度传感器输出
7 电压自检
8 信号和电源返回线
9 -9VDC
10 +9VDC
3
描述 INNALABS 的 INN-203 军工级加速度计用于商业
场合，例如捷联惯导系统，可用于机载，海事，陆地 和其他场合。本加速度计的优良性能归功于成熟的石 英挠性技术。INN-203 加速度计可根据客户要求提供 集成的偏置和比例因子温度模型。另外，除了加速度， INN-203 加速度计也可测量速度，距离和倾角。
特征 •军工级性能 •高输入范围 •温度变化下的高稳定性 •模拟输出 •紧凑的设计 应用 •惯性导航系统，用于直升机，载人和无人飞行机 •导航/定位/陀螺系统，用于军舰，船舰，潜艇，遥控 潜水器，水下机器人 •定位系统，用于石油钻井行业 加速度计尺寸图（mm）