超高分辨率石英挠性加速度计设计研究

目前国内通用的石英挠性加速度计分辨率一般为1×10-6 g,无法满足重力测量和重力梯度测量等微小加速度信号测量领域的使用要求。在分析高精度重力梯度仪对加速度计分辨率使用要求的基础上,进行超高分辨率石英挠性加速度计设计研究,提出超高分辨率石英挠性加速度计的设计方案并完成了仿真分析及实物装配,实物分辨率达到了1×10-9 g,相较传统石英挠性加速度计提升了2～3个数量级,为后续更高分辨率的加速度计设计研究提供了依据。     

一种石英挠性加速度计表头参数辨识方法研究

由于石英挠性加速度计表头参数理论值与实际值不一致,会影响加速度计的一些性能指标。为了获得石英挠性加速度计正常工作下的实际表头参数,研究了采用电激励法测试加速度计系统的闭环幅频特性,在幅频特性测试数据的基础上,运用MATLAB中的最小二乘曲线拟合方法编制程序辨识出石英挠性加速度计表头的3个参数。结果表明,这种方法简单可行,具有很大的实用性。     

结合ANSYS Workbench的挠性梁强度分析

石英摆片是石英挠性加速度计的关键部件,挠性梁是摆片最重要的部分,它的强度计算一直是极为重要的课题。若挠性梁力学强度不足,在受到一定程度的力学冲击后,会出现断裂失效。从石英挠性加速度计的工作原理以及挠性梁的结构展开,分别从输入轴方向、摆轴方向和输出轴方向对挠性梁的力学强度进行了计算。由于理论计算的局限性,应用ANSYS Workbench软件进行了仿真,最终得出了一个可靠的计算方法。在后续的石英挠性梁设计过程中,可依据此计算方案进行初步的评估分析,以免加工成型后的挠性梁不能满足使用要求。     

基于平面线圈的石英挠性加速度计的初步设计

针对石英挠性加速度计目前存在的稳定性不好、温漂较大及不能兼顾大量程和高灵敏度测量等问题,提出了使用通电线圈代替永磁材料提供支承磁场,在石英摆片上双面光刻螺旋线圈作为力矩线圈的构想,并以此为基础初步设计了基于平面线圈、灵敏度可调的石英挠性加速度计.经过建模分析,可以达到预想的效果.     

基于加速度计的温度控制系统设计

石英挠性加速度计是利用加速度敏感元件,将载体的加速度转换为能被测量的物理量,其测试精度直接影响惯性系统的精度。本文分析了石英挠性加速度计温度误差的产生机理,设计了一种恒温系统,包括结构组成、温控电路设计、工作机制等多个方面,保证加速度计的工作环境温度保持恒定。通过用户使用表明,该系统保温效果好,内部温度稳定,不受复杂环境影响,加热效率高,加温速度快。     

石英挠性加速度计摆片组件的应力分析

针对石英挠性加速度计摆片组件的梁易产生断裂的现象,通过分析石英挠性加速度计的工作原理,利用Pro/E分别对石英摆片和铝合金骨架进行了三维建模并装配,然后根据载荷计算在ANSYS中对装配件进行了系统的应力分析,给出了石英摆片组件在实际偏移0.02 mm最大位移下的变形场和应力场,并根据应力场分布提出了石英摆片梁结构的优化方案。研究结果表明,石英摆片组件的最大应力随着加速度载荷的增加保持不变,且小于石英材料的许用应力。     

石英挠性加速度计参数计算与误差项分析

一概述石英挠性伺服加速度计是一种以石英玻璃作为挠性元件的伺服力平衡型加速度计。这种加速度计可用于如车辆、船舶、桥梁、大型构件、精密机械,建筑物等一般振动测量。而在低频低g振动的场合,更能发挥其特长。另外它还可用于惯性导航、地震测量、公害振动测量,钻井倾斜测量等等方面。     

薄壁铍骨架异形孔铣削变形控制方法

骨架作为石英挠性加速度计中的关键零件,具有薄壁、高精度的特点,尤其对于新型铍骨架的异形孔加工,其刚性差,极易产生大变形甚至破裂。通过将有限元仿真和实验相结合,深入研究了辅助支撑方式对工件变形情况的影响规律,使得大变形和破裂情况得到有效控制,成功加工出符合技术要求的铍骨架样品,对于提升石英挠性加速度计的精度和稳定性具有重要意义。     

石英挠性加速度计故障模式分析

广泛应用于导航、制导、武器、探测等领域的石英挠性加速度计包含零组件10余种,加工生产工序百余道,其工作环境复杂,有可能因外部环境变化或内部故障导致仪表失效,进而影响导航精度以及探测精度,严重者将直接导致型号任务失败。常见的故障模式有饱和、无功能和输出异常等。基于对石英挠性加速度计的结构组成和工作原理的分析,列举故障原因和故障表现,并对故障表现和原因进行详细分类,分析加速度计故障机理,针对具体故障提出避免方式,有利于降低加速度计的故障率。尤其是基于对伺服电路工作原理的分析,提出了一种基于电激励的多余物检测方法,可在不拆解表芯的过程中判读多余物是否存在,此方法可在加速度计生产过程以及故障排查过程中发挥作用。     

基于石英挠性加速度计的卫星微振动测量控制单元的设计

卫星微振动高精度测量与控制是评价卫星平台与遥感系统等有效载荷成像质量和高精度姿态指向的关键因素,石英挠性加速度计作为高精度加速度敏感传感器可应用于卫星在轨微振动监测。针对石英挠性加速度计,设计了一种测量与控制电路,作为在轨微振动测量系统的核心组成单元,用于微加速度信号的检测与调理、抗混叠滤波、数据同步采集、处理、存储和状态控制。实际测试表明其信号测量精度高,数据采集同步性好,工作稳定可靠。     

石英挠性加速度计表头稳定性实验研究

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。     

石英挠性加速度计磁路温度稳定性研究

力矩器是石英挠性加速度计中产生反馈力矩的装置,力矩器磁路的稳定性影响着系统的稳定性和测量精度。为了研究温度变化对磁路稳定性的影响,计算出了不同环境温度下组成力矩器的磁钢的剩磁和矫顽力大小,建立力矩器三维模型导入ANSYS中进行仿真分析,得到了不同环境温度下的力矩器磁感应强度数据曲线以及工作气隙磁感应强度随温度的变化关系。仿真结果表明:工作气隙磁感应强度与环境温度成反比,温度每升高10℃,磁感应强度下降约0.003T。为提高石英挠性加速度计的稳定性提供了理论支持。     

全数字挠性加速度计加矩设计与读出精度分析

针对石英挠性加速度计全数字闭环系统设计问题,开展了对加速度计力矩器的结构和工作原理以及与加速度数据输出的关系的分析,对加速度计力矩器的驱动和加速度计的读出精度等方面进行了研究,提出了一种数字脉宽调制(PWM)电路对力矩器进行的驱动方法,该方法不仅实现PWN对加速度计力矩器的驱动,并且该PWM数字电路的占空比参数直接作为加速度数字信号输出。利用PWM数字脉冲对加速度计力矩器进行驱动实现加速度计全数字闭环读出,对加速度计全数字读出系统进行了仿真和实验测试。研究结果表明,在一定范围内,通过调整力矩器外接电阻、PWM频率和逻辑位数,全数字挠性加速度计闭环读出电路可以测得标准偏差为1.5×10-5g,精度为10-4g的加速度值,该方法精简了电路,减少了模拟驱动电路引起的干扰。     

捷联式航空重力仪比力系统热分析研究

以国内首台具有完全自主知识产权的捷联式航空重力仪的研制为背景,分析了其比力系统中所用石英挠性加速度计的性能需求,对该加速度计进行相关热分析,并研究了力矩线圈发热及工作环境温度的波动对加速度计测量误差的影响。结果显示由力矩线圈发热产生的测量误差达0.001量级,鉴于比力系统精度对环境温度变化较敏感,应为其提供一个精度约为±0.01℃的温度控制系统。     

基于压电陀螺仪的小型惯性测量装置

该装置用压电陀螺和石英挠性加速度计来测量载体的角速度和加速度.用圆锥和划船补偿算法以及动态校准零位方法,来提高整个装置的精度和稳定性.该装置体积小、成本低、可靠性高,可广泛应用于民用和军事领域.     

石英加速度计的高分辨率大量程I/F转换电路

针对石英挠性加速度计I/F转换电路存在高分辨率和大量程相互矛盾的问题,对影响I/F转换电路的分辨率和量程的主要原因进行了分析,提出了一种新型I/F转换电路的设计方法。该方法在电路结构上,额外增加2路比较器,对小电流信号的极性进行判断,通过设置时间内的积分电压是否达到门限电压来区分大、小电流,并对大、小电流分别执行不同的解算程序。结果表明：该方法解决了原有I/F转换电路存在的高分辨率和大量程相互矛盾的问题,提升了石英挠性加速度计I/F转换电路在小电流下的分辨率。     

基于高精度A/D的石英挠性加速度计数据采集的设计

主要针对捷联惯导系统中对加速度计信息处理的高精度要求,介绍了基于高精度A/D的对石英挠性加速度计数据进行采集的设计,完成了系统的软、硬件设计。设计采用了高精度A/D转换芯片AD7691和FPGA芯片XC3S500E来完成系统功能,在详细阐述硬件设计的基础上,对软件设计进行了相应的介绍。     

一种高精度石英挠性加速度计自动测试系统设计

石英挠性加速度计(简称石英加表)作为惯性平台的核心器件,其精度、可靠性是国内外研究的重点。该文研发了一套加速度计自动测试系统,采用强制均温和半导体制冷片调温的温控仪实现了采样电阻的精确温控,可针对不同采样电阻对测试精度的影响,应用采样电阻补偿算法,有效提高了温度稳定性和采样测量精度。经试验验证,采样电阻最小误差为百万分之4.3,可控采样电阻温度变化小于0.02℃,输出最大温度漂移为0.01 V,满足实际工程需求。     

石英挠性梁冲击响应的分析研究

本文运用Solidworks对石英挠性梁进行结构建模,利用ANSYS模拟石英挠性梁在冲击响应谱试验中的运动过程,分析研究石英挠性梁的振动响应应力曲线,从而为石英挠性梁的应用环境提供技术参数,为相关产品的可靠使用提供理论依据和参考。     

航天器主动振动反馈全物理仿真试验研究

以具有大面积太阳帆板的挠性航天器为工程背景,以挠性航天器全物理仿真系统为实验平台,提出了主动引入挠性振动信息的航天器振动抑制控制方案.建立了挠性帆板顶端加速度计的测量模型,设计了自适应滤波器进行加速度计数据处理,并将该挠性振动加速度引入航天器姿态控制,进行了大角度机动全物理仿真试验.中心刚体进行25°大角度机动,机动过程平稳,机动结束后姿态指向精度达到0.01°,帆板顶端加速度在0.15 m/s2以内,一阶振型的振幅为0.015 m/s2.全物理仿真试验验证了基于振动加速度反馈的控制方案能够有效地抑制挠性振动.系统仅在挠性帆板顶端增加了一个微型加速度计,结构简单,控制方案可用于实时控制.