加速度计原理.ppt

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

第21页,共23页，2024年2月25日，星期天量程大：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。第22页,共23页，2024年2月25日，星期天*感谢大家观看第23页,共23页，2024年2月25日，星期天关于加速度计原理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。第2页,共23页，2024年2月25日，星期天第3页,共23页，2024年2月25日，星期天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。第4页,共23页，2024年2月25日，星期天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第5页,共23页，2024年2月25日，星期天重锤式加速度计原理第6页,共23页，2024年2月25日，星期天当基座以加速度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。第7页,共23页，2024年2月25日，星期天第8页,共23页，2024年2月25日，星期天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。第9页,共23页，2024年2月25日，星期天液浮式加速度计原理第10页,共23页，2024年2月25日，星期天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，敏感方向为图中的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由传感器敏感第11页,共23页，2024年2月25日，星期天传感器输出与转动角度θ成比例的电压信号即U=kuθku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=kiUki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=kmkikuθkm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，即第12页,共23页，2024年2月25日，星期天Mk=MakmI=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