加速度计究竟能否测量重力加速度

本刊5卷6期469-472页所载"加速度测量的力学解释"一文引言中提到的加速度计,说"它不能测量重力加速度"。此语欠确切,宜改为"它不能测量标准重力加速度"。后面正文也宜据此修改。     

晃动基座下的SINS初始对准方法研究

晃动基座条件下陀螺和加速度计测量的地球自转角速度和重力加速度受到了摇摆晃动的干扰，无法根据陀螺和加速度计的输出直接获得初始姿态矩阵。针对这一问题，采用一种基于重力加速度的对准方法，通过静基座和晃动基座的对准试验验证了基于重力加速度对准算法的有效性，证明了该方法具有一定的工程应用价值。     

基于加速度计的载体姿态测量模型设计与实现

提出了一种基于加速度计的载体姿态测量模型。使用3个加速度构建载体坐标系,加速度计通过敏感重力加速度,确定重力矢量与载体坐标系之间的关系,进而确定当地水平坐标系与载体坐标系之间的夹角,从而计算测量载体姿态。模型在水平转台上进行了试验验证,试验结果表明,方案可行,且姿态测量精度达到了0.08°。     

基于卡尔曼滤波的动态角度测量系统设计

数字倾角仪主要用于静态环境下的角度测量,但当被测物体在动态（非匀速直线运动）环境下,倾角仪内部加速度计会受到除重力加速度外的加速度影响而变得不准确,此时仅依靠加速度无法准确解算出被测物体真实角度。针对动态下的测量问题,设计一种低成本的动态角度测量系统,利用MPU9255传感器中集成的三轴加速度计和三轴陀螺仪,采用融合陀螺数据的卡尔曼滤波和系统误差补偿,解决加速度计在动态下无法准确测量角度的问题。经测试表明,所设计的测量系统能够满足动态下较高精度的角度测量。     

基于KL25的直立智能车设计

文章采用了蓝宙电子KL25Z单片机作为控制芯片,实现小车直立、循迹、避障等多任务行驶。利用陀螺仪和加速度计传感器测量角速度与重力加速度,通过卡尔曼滤波对其输出的信号进行融合,得到准确的倾角信息,从而稳定的控制小车的直立。采用线性CCD传感器获取赛道信息,实现小车循迹。利用编码器采集直立小车行驶速度信号,实现速度闭环控制。通过一定的控制策略,小车能够顺利完成任务。     

基于互补滤波器的两轮平衡车姿态角度测量

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）陀螺仪和MEMS加速度计在两轮平衡车姿态测量中存在扰动和噪声,引起姿态角度测量误差。通过对陀螺仪和加速度计输入信号进行滑动扣除均值方法来抑制直流分量,利用滑动滤波算法抑制加速度计高频噪声,引入互补滤波算法将预处理后的陀螺仪和加速度计信号进行融合,得到更加准确稳定的角度测量值,分析了融合算法中加权因子与滤波频率特征之间的关系。该方法应用到两轮平衡车的运行姿态角度控制中,提高了对姿态角度测量的精度。     

线加速度计的现状和发展动向

线加速度计是惯性测量和导航系统的主要惯性元件之一。当前，传统的力再平衡摆式加速度计占据加速度计的主要市场。对加速度计输出数字化的迫切要求，推动了石英振梁式加速度计的发展。随着微电子加工技术向惯性技术的渗透，微硅加速度计已崭露头角并受到广泛的关注。     

电容加速度计的接口电路

电容硅微型加速度计可以采用静电力平衡结构来构成。这种闭合回路结构可通过改变反馈因数形成不同的测量范围。这样,用同一个加速度计可以测量从1μg—1g的输入加速度;同时可以包含一个调节器电路来修整闭环频率响应,从而达到理想的带宽与阻尼因数。 接口电路起开关电容器电路的作用,它以±5V双电源工作。给出了一个数值例子来说明这一理论。     

基于LEGOEV3的单摆测量重力加速度实验设计

利用单摆测量重力加速度实验是高中物理一项重要的实验内容。实验中,通常使用秒表测量单摆运动时间,人工计数摆动次数,该方法简单有效,但由于人为因素的影响,往往使单摆的运动周期测量产生较大误差,从而使重力加速度的测量出现较大偏差。为减小该方法所带来的测量误差,本文提出了一种利用LEGO EV3控制模块和颜色传感器,通过Robot C编程进行单摆重力加速度测量的方案,实验证明该方法能够有效降低了测量误差,提高了测量的精度。     

一种基于人体重心轨迹的步态分析方法

在居家照护系统背景下,提出了一种计算人体行走重心轨迹的步态分析方法。采集实验数据主要使用加速度传感器和陀螺仪传感器。因考虑到加速度计本身重力加速度对人体行走实际加速度的影响,所以文中利用陀螺仪传感器并结合三角函数定理来消除重力加速度的影响。根据以上方法对加速度进行预处理后,再进行二次积分可得轨迹曲线。在光学系统下的验证结果表明,该方法得到的重心轨迹能很好地反应步态变化规律,并且能用来计算相关步态参数与平衡能力评估参数;该方法具有临床医学应用价值。     

基于T矩阵的光压加速度计的光阱力研究

光压加速度计作为新型悬浮类加速度计,对惯性微球所受光阱力的理论研究提出了更高的要求。对单轴双光束光压加速度计的工作原理进行了分析,并采用T矩阵方法对光压加速度计中的惯性微球在任意一轴所受到的光阱力进行数值模拟,比较了在不同主要参数下的光阱力捕获效率的差异,最后对光压加速度计的灵敏度进行了优化分析,得出了10-7 g/μm加速度的测量灵敏度。理论分析和模拟计算表明,T矩阵的方法可以实现快速和较为精确的光阱力的仿真与计算;同时,基于单轴双光束的光压加速度计方案可以得到较高的测量精度。     

一种基于SiP技术的加速度计有源磁悬浮控制电路

加速度计是以加速度的观点来测量物体运动的传感器,它通过检测质量块的惯性力来测量载体的线加速度或角加速度。文中介绍的有源磁悬浮控制电路与陀螺浮子构成磁悬浮摆式积分陀螺加速度计,该加速度计具有量程大、测量精度高等优点。受整机系统内部装配空间的限制,在电路集成化产品的设计中,采用系统集成封装(SiP)技术设计与制作有源磁悬浮控制电路,减小电路产品的底面积和高度,适应整机系统对产品的装配和使用要求。同时详细介绍了基于SiP技术的电路设计方法,对HTCC工艺的SiP结构设计进行了阐述,并简述了HTCC工艺的SiP产品达到的技术性能和应用情况。     

微操作中力的检测及控制

微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在论述微操作过程中粘附力作用机理的基础上给出了一些微操作过程中有关力的检测、控制的可行方法。     

并联式六维加速度传感器动力学模型研究

为实现六维加速度的测量,设计一种能实现六维加速度测量的传感器原型.加速度传感器以六自由度并联机构作为弹性机体,以压电陶瓷作为敏感单元,建模过程中充分考虑了传感器中心质量块坐标系、传感器外壳坐标系及参考惯性系之间的关系,在运动学分析的基础上基于Kane方法建立了该传感器的数学建模,得到了包含六维加速度信号的2阶非线性微分方程组,利用数值计算法完成六维加速度的计算.在激振试验台上的测试结果显示,与给定输入的加速度信号相比,六维加速度的测量误差约为0.2％,实验表明并联式六维加速度传感器数学模型的正确性及测量方法的可行性.     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小,严重制约了加速度计灵敏度的提高,因此提出采用杠杆机构放大惯性力。由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接,且杠杆的输入、输出端有约束存在,制约了杠杆的自由转动,使惯性力不能高效放大。为此,设计了基于柔性支点的杠杆机构,建立了微杠杆机构的物理和数学模型,推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则。利用ISIGHT软件,采用遗传算法对结构参数进行了优化。     

谐振式微加速度计杠杆机构的建模与优化

谐振式微机械加速度计的微尺寸质量块引起的惯性力很小，严重制约了加速度计灵敏度的提高，因此提出采用杠杆机构放大惯性力。由于硅基微杠杆机构的各部分均为刚性连接，且杠杆的输入、输出端有约束存在，制约了杠杆的自由转动，使惯性力不能高效放大。为此，设计了基于柔性支点的杠杆机构，建立了微杠杆机构的物理和数学模型，推导出杠杆机构各部分刚度的匹配原则。利用ISIGHT软件，采用遗传算法对结构参数进行了优化。     

一种新型三轴电容式加速度计的设计分析

设计了一种新型结构的体硅工艺梳齿电容式加速度计,该设计采用2个检测质量块,分别检测水平方向和垂直方向的加速度。x,y水平方向不对称梳齿的设计,消除了z轴对水平轴向加速度的干扰,同时z轴支撑梁的设计,解决了水平轴向对z轴的干扰。电容的差分结构有利于提高加速度计的检测性能。用Ansys仿真软件对敏感结构进行静态和模态分析,理论上验证了所提出的三轴电容式加速度计整体结构的可行性。     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。