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。     

基于功率谱密度的静电悬浮加速度计分辨率估计方法

高精度静电悬浮加速度计常采用功率谱密度估计(PSD)来评估分辨率水平,商用PSD分析仪需实时在线分析,且分析时间长、频域分辨率低、成本高。为此提出了一种线下PSD估计方法,利用简易采集系统采集噪声信号,再进行PSD估计。给出了正确的PSD估计表达式,推导了加速度计分辨率与PSD的关系,通过实验对比了该方法与HP35670A动态分析仪分析结果,实验结果验证了该方法的有效性。最后用该方法分析了研制的静电悬浮加速度计原理样机X1、Y和Z2三个通道加速度噪声的PSD,得到0.1 Hz处PSD分别为:8.07×10-5g/Hz1/2、3.29×10-8g/Hz1/2和2.39×10-7g/Hz1/2;在带宽0.001~0.1 Hz内分辨率分别为4.64×10-5g、4.21×10-8g和1.51×10-7g。     

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。     

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。     

STEP卫星加速度计测量头线圈的超导特性测试及改进

为确保STEP卫星超高精度加速度计的测量头线圈三维超导膜在设计的工作电流范围内完全超导,以实现10-18g精度的加速度测量,对测量头线圈进行了低温超导测试,测试证明三维超导膜存在不完全超导缺陷。利用分段测试法对三维膜线圈的二维组成部分进行了测试,确定了测量头线圈超导缺陷的位置,并分析了造成超导缺陷的原因。根据测试和分析结果改进了线圈设计,实现了测量头线圈的完全超导,并标定线圈的最大工作电流为-40～40mA,满足STEP卫星加速度计对超导电流要求的-10～10mA,设计裕度达到300%。通过测试、分析与改进设计,定型了STEP卫星超高精度加速度计测量头线圈的研制,为完成STEP任务奠定了技术基础。同时,实现了三维超导膜线圈的制造与工程应用。     

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.     

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。     

电容式高过载微机械加速度计的设计与实验

针对某些高过载应用场合对微机械加速度计抗冲击能力的要求,设计了一种三轴向抗冲击的梳齿电容式闭环微机械加速度计。通过分析带止档的闭环加速度计冲击响应过程,提出在敏感方向使用悬臂梳齿结构作为柔性缓冲止档可以缓冲冲击过程中微结构间的接触碰撞;在非敏感方向采用结构模态和阻尼分离的设计可减小冲击变形,耗散冲击能量。马歇特锤冲击实验表明,该加速度计能够分别承受3个轴向幅值为13 200g,脉宽约102μs的的加速度冲击,冲击前后偏置漂移在5mV以内。该闭环加速度计在±10g的非线性优于500×10-6,1.5h偏置稳定性为0.27mg。设计的样机基本满足高过载环境下惯性测量的要求。     

石英挠性加速度计测量误差的机电动力学分析

石英挠性加速度计测量误差的机电动力学分析＊贾建援仇原鹰甄明文贵印（西安电子科技大学电子机械学校西安７１００７１）（中国工程物理研究院５所）０引言目前，国内外批量生产的石英挠性加速度计的测量精度已达到或超过１μｇ，但由于产品在制造或装配中的误差，使得成...     

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。     

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。     

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。     

一种MEMS加速度计的噪声处理与参数训练方法

为进一步提高微机电系统(MEMS)加速度计的测量精度,建立以测量值为输入、真实值为输出的MEMS加速度计误差补偿模型,利用Allan方差和最小均方(LMS)自适应滤波算法对加速度计在6个位置下的多组实际测量数据进行噪声分析和预处理,处理后的全部测量数据作为样本训练模型参数,利用最小二乘和批量梯度下降相结合的方法获得样本数据对真实模型参数的最优拟合,并利用该模型对加速度计进行误差补偿,实现MEMS加速度计的高精度标定。实验验证表明,利用该模型对MEMS加速度计进行误差补偿后,输出值的均值误差为(0.72～1.19)×10-4g,标准差为(0.75～1.61)×10-4g,相对于补偿前,均值误差降低了2个数量级,标准差降低了1个数量级,有效提高了MEMS加速度计的测量精度和稳定性。     

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。     

石英数字加速度计技术研究

分析了石英数字加速度计的一系列优点,对现行石英数字加速度计的主要技术指标和基本原理进行了详细论述,重点研究了石英数字加速度计的各个组成部分的功能、设计原则及技术要求,对各种技术进行了比较和分析,并分析了石英数字加速度计的发展前景。     

高速铣削加工挠性细颈的工艺研究

挠性细颈结构是惯性导航仪表零件的常见结构,其尺寸与几何公差精度要求高、制造难度大。针对石英振梁加速度计金属摆零件中的典型挠性细颈结构,开展了高速铣削加工挠性细颈的试验研究,通过分析结构特点确定了刀具规格、高速铣削走刀轨迹等工艺参数,并采用非接触式光学仪器测量、计算细颈厚度。试验验证高速铣削加工工艺参数满足设计指标要求。     

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。     

基于柔性铰链机构的谐振式微加速度计设计制作

为设计制作高灵敏度、高稳定性的谐振式微加速度计,基于微制作工艺,采用柔性铰链机构和双端固定音叉谐振器设计了微加速度计结构;分别用解析法和有限元方法分析了加速度计的理论灵敏度,同时进行了谐振器结构优化设计;根据检测原理设计制作了测试用电路板,给出了开环谐振频率测试结果以及闭环时加速度测试结果。测试结果表明所设计的谐振式加速度计工作稳定,灵敏度约为55.03Hz/g,分辨力约为182×10-6g。