橫向靈敏度

橫向靈敏度是指壓電元件除了產生有用的縱向壓電效應外，還有有害的橫向壓電效應。橫向靈敏度通常以相當於軸向靈敏度的百分數來表示，它表征壓電加速度感測器的質量優劣。一個好的加速度感測器，其橫向靈敏度應低於5%。

為了從加速度計輸出的比力信號中得到角速度，須將加速度計安裝在載體的非轉動中心處。在高速機動飛行的武器上，加速度計因其質心與武器旋轉中心不重合，會受到離心力的影響，其橫向輸出是不容忽視的。

基本介紹

• 中文名：橫向靈敏度
• 外文名：transverse sensitivity
• 性質：靈敏度
• 特徵：除了產生有用的縱向壓電效應
• 優點：有害的橫向壓電效應
• 學科：數理科學

背景

近年來，以加速度計特別是多加速度計無陀螺捷聯慣導系統為代表的慣性裝置被廣泛地套用於常規武器飛行體飛行參數的測試中。高精度的武器測試系統需要有高性能的慣性感測器作為支持。隨著感測器技術的發展，加速度計的性能不斷得到最佳化，但由於材料自身特性及加工工藝水平等原因，加速度計始終存在橫向靈敏度。在無陀螺慣性裝置進行飛行體參數測試過程中，為了從加速度計輸出的比力信號中得到角速度，須將加速度計安裝在載體的非轉動中心處。在高速機動飛行的武器上，加速度計因其質心與武器旋轉中心不重合，會受到離心力的影響，其橫向輸出是不容忽視的。

簡介

加速度計對垂直於敏感軸方向的加速度信號的回響被稱為加速度計的橫向回響。在橫向加速度的作用下加速度計會有一定的輸出，通常將這一輸出信號與橫向加速度之比稱為加速度計的橫向靈敏度。橫向靈敏度的大小用“橫向靈敏度比”表示，即橫向靈敏度與軸向靈敏度之比：

式中：為橫向靈敏度比;為橫向靈敏度;為軸向靈敏度。

產生的原因

不同類型的加速度計，其橫向輸出特性與其結構有著密切的關係，以下對常用的幾款加速度計橫向靈敏度產生的原因進行分析。

（1）造成壓電式加速度計具有橫向輸出特性的原因主要有:機械加工及封裝誤差;壓電元件本身橫向壓電效應;結構設計不合理;裝配不當產生附加應力。

（2）矽微電容式加速度計一般採用差動電容進行測量，測量原理圖如圖。加速度計中的質量塊在加速度喲作用下由於慣性力的作用，發生位移。當一對電容間距變小時，另一對電容間距同時增大，感測器的差動電容變化值體現了被測加速度的大小。若在xoy面上存在橫向加速度，當過大的橫向加速度使得兩對電極的極板正對面積發生變化;或質量塊沿獺扭轉，造成兩對電極的不平行;強烈共振作用下或振動組件中橫樑的強度不均勻所引起質量塊的變形，這些情況都會造成加速度計的橫向輸出。

（3）矽微壓阻式加速度計採用了半導體平面工藝和各向異性腐蝕相結合的工藝，為了在懸臂樑的根部加工出應變電阻，要求懸臂樑頂面與基片表面在同一平面上，由此造成了質量塊的中心與支撐梁的中性面的不重合，這正是造成矽微加速度計橫向輸出的主要原因。

由於造成加速度計橫向輸出特性的原因十分複雜，且生產商一般不提供加速度計詳細的內部構造，所以很難從理論上精確地推導出加速度計橫向輸出的大小。因此利用實驗的手段快捷而又準確地測試出加速度計橫向靈敏度的值，是十分有意義的。

測試方法

重力場翻滾測試法

對於量程小於1g的加速度計，可採用重力場翻滾實驗來測定其橫向靈敏度的大小。利用精密分度裝置進行重力場翻滾實驗。實驗時，分度頭平面處於豎直位置，加速度計固定在分度頭平面上，其主軸方向與分度頭平面平行，擺放示意圖如圖所示。

離心機測試法

加速度計重力場翻滾實驗適合於士1g以內的加速度計輸出特性的測量，而許多加速度計往往用於高g值的場合，因此產生一個大於1 g標準加速度，用來測量加速度計的基本性能及橫向靈敏度是十分必要的。李彬等採用精密離心機產生的向心加速度作為加速度計的橫向輸入，來測量加速度計的橫向靈敏度。