加速度计原理

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。
挠性摆式加速度计
挠性摆式加速度计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， 而是弹性地连接在挠性支承上，挠性支承 消除了轴承的摩擦力矩。如上图，摆组件 的一端通过挠性支承固定在加速度计的壳 体上，另一端可相对输出轴转动，传感器 线圈和力矩器线圈固定在壳体上。 挠性摆式加速度计的工作原理与液浮摆式加 速度计相类似，同样是由力矩再平衡回路 所产生的力矩来平衡加速度所引起的惯性 力矩。
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。
微机械加速度计又称硅加速度计，它感测加 速度的原理与一般的加速度计相同。微机械 加速度计分为压阻式、电容式、静电力平衡 式和石英振梁式。 硅制检测质量由单挠性臂或双挠性臂支撑， 在挠性臂处采用离子注入法形成压敏电阻。 当有加速度a输入时，检测质量受惯性力F作 用产生偏转，并在挠性臂上产生应力，使压 敏电阻的电阻值发生变化，从而提供一个正 比于输入加速度的输出信号。
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
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。
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。
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。
电容式微加速度计就是在上图所示的检测质 量下面设置一读取电极。当加速度输入使检 测质量偏转时，由读取电极与检测质量所构 成电容器的电容量发生变化，从而提供一个 正比于输入加速度的输出信号。
由于加速度测量的精度直接影响惯性导航系 统的精度，惯性导航系统对加速度计的要求 灵敏限小：灵敏限以下的值不能被测量到， 因此其本身就是误差，而且形成的速度误差 和位置误差会随时间积累。用于惯性导航的 加速度计灵敏限必须要求达到10-5g，有的 达到10-7g或10-8g 磨擦干扰小：为敏感到极小的加速度并绕输 出轴转动，必须保证转轴中的磨擦力矩很小
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，敏来自百度文库 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
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，减小支撑磨 擦力矩，提高仪表的精度。浮液不能起定轴 作用，因此在高精度摆式加速度计中，同时 还采用磁悬浮方法把已经卸荷的浮子摆组件 悬浮在中心位置，使它与支撑脱离接触，进 一步消除磨擦力矩。浮液的粘性对摆组件有 阻尼作用，能减小动态误差，提高抗振动和 抗冲击的能力。
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。
量程大：不同使用场合的加速度计在性能上 差异很大，高精度的惯性导航系统要求加速 度计的分辨率 高达10-9g，但量程不大；测 量飞行器过载的加速度计则可能要求有102g 的量程，而精度要求不高。通常飞机上要求 加速度的测量范围为10-5g到6g，最大12g甚 至20g，导弹上要求的加速度测量范围还要 更大。