石英撓性加速度計

隨著慣性系統低成本化的發展，在20世紀60年代中期開始出現新型的非液浮的所謂乾式加速度計。由於這種儀表採用撓性支承技術，所以稱為石英撓性加速度計，且其結構與工藝大大簡化。目前這種石英撓性加速度計已廣泛套用於各類現代慣性系統中。

基本介紹

• 中文名：石英撓性加速度計
• 類型：一種線加速度計
• 特點：結構簡單、精度高

結構及工作原理

石英撓性加速度計的結構原理如圖1-1所示。軛鐵由溫度係數低，導磁性能好的軟磁材料組成。磁鋼採用導磁性能比較良好的AL-Ni-Co8永磁材料，用無心磨床加工。撓性片的材料為溫度性能極好的石英玻璃，外形採用超聲加工而成，撓性元件的加工一般採用化學腐蝕方法；也可以採用反應離子蝕刻工藝加工整個撓性片，但造價很高。

圖1-1 石英撓性加速度計結構

將圖1-1中所示的兩磁鋼軸向充磁後，在結構上強行磁極對頂固定，互為對方的反向磁片，在間隙間形成均勻磁場。當有加速度a輸入時，由撓性片及力矩線圈組成的敏感質量塊相對平衡位置運動而產生慣性力F_a或慣性力矩，然後通過換能器將此機械運動轉換成電信號，再通過伺服放大器變成電流信號，電流信號被饋送到處於恆定磁場中的力矩器而產生反饋力F_oc或反饋力矩M_oc，與輸入加速度引起的慣性力F_a或慣性力矩相平衡，直到再次恢復到平衡位置。在平衡狀態下，F_oc=F_a，由F_a=ma，再根據恆定磁場內線圈流過電流而產生電磁力的公式F_a=Bil，平衡時ma=Bil，則

式中，k=m/(Bl)為常數；B為恆定磁場的磁感應強度；l為力矩線圈的總長度。由上式可知，反饋電流i正比於被測加速度a的大小。

圖1-2 石英撓性加速度計電路框圖

石英撓性加速度計電子線路框圖如圖1-2所示。加速度引起的差動電容變化量C，由伺服電路中差動電容檢測器檢測，其輸出為電流，此電流經電流積分器變成輸出電壓，然後跨導補償放大器把電壓變成輸出電流，該輸出電流的大小與輸入加速度成正比。極性取決於輸入加速度的方向。

性能特點

國內生產石英撓性加速度計的單位很多，生產的石英撓性加速度計的典型性能如表1-3所列。

表1-3 CX型石英撓性加速度計技術指標

型號	CX-1	CX-2	CX-3
測量範圍/g	65	20	5
偏置/g	0.01	0.005	0.002
分辨力/ug	100	50	10
標度因數/(mA/g)	0.7~1.3	0.7~1.5	0.7~1.5
偏置溫度係數/(ug/℃)	300	200	100
標度因數溫度係數/(*/℃)	80	100	50
二階非線性係數/(ug/)
工作電壓/V	12~18
參考尺寸/mm	單軸32*45、25.4*25、20*24; 三軸65*65*65、50*50*50

石英撓性加速度計具有結構簡單、精度高的特點。在慣性導航系統、大地測量系統中有廣泛的套用。這種加速度計的主要缺點是，測量加速度超過700m/，其非線性誤差明顯增大，同時不能承受太大的衝擊振動。

典型套用

石英撓性加速度計的套用非常廣泛，以下是它的幾種典型套用方面。

慣性導航和制導系統

飛彈、飛機、艦艇、戰車等的導航制導系統必須要有速度和位置信息，在要求低的場合，人們使用空速度計，馬赫數感測器、里程計等，但隨著對武器系統性能要求的提高，上述儀表已不能滿足要求。而線加速度計可以安裝在運動物體內直接測量其加速度，進而得到速度和位置，其測量精度高，動態性能好，遠比空速度計、里程計好得多。因此，線加速度計用於慣性導航制導系統是其最主要的套用之一。

傾斜測量與調平系統

在重力場中，線加速度計可以測量重力加速度變化。當其敏感軸向垂直於水平面時，加速度計指示單位重力加速度；若敏感軸向發生傾斜，其輸出為重力加速度與傾斜角度的正弦函式之乘積。利用這一原理，可以用作傾斜測量和調平。比如火控炮瞄雷達、防空雷達的調平；此外，通過測量火車、汽車的側向加速度來控制傾斜角度，使其在彎道上仍可高速行駛。

過載開關

過載開關用於子母飛彈的子彈拋撒系統。在該系統中，通過彈道計算並設定母彈達到預期高度時的運動加速度。安裝在彈上的過載開關敏感母彈的軸向加速度，當達到預置加速度時，過載開關輸出子彈拋撒控制信號，點燃拋射藥，使子彈從母彈中拋出。多個子彈像一張炸彈織成的網一樣向目標罩去，讓被打擊目標無處藏身，是打擊敵方陣地和大型設備的有力武器。