石英挠性加速度计

结构简单精度高的仪表

随着惯性系统低成本化的发展，在20世纪60年代中期开始出现新型的非液浮的所谓干式加速度计。由于这种仪表采用挠性支承技术，所以称为石英挠性加速度计，且其结构与工艺大大简化。这种石英挠性加速度计已广泛应用于各类现代惯性系统中。

结构及工作原理

石英挠性加速度计的结构原理如图1-1所示。轭铁由温度系数低，导磁性能好的软磁材料组成。磁钢采用导磁性能比较良好的AL-Ni-Co8永磁材料，用无心磨床加工。挠性片的材料为温度性能极好的石英玻璃，外形采用超声加工而成，挠性元件的加工一般采用化学腐蚀方法；也可以采用反应离子蚀刻工艺加工整个挠性片，但造价很高。

将图1-1中所示的两磁钢轴向充磁后，在结构上强行磁极对顶固定，互为对方的反向磁片，在间隙间形成均匀磁场。当有加速度a输入时，由挠性片及力矩线圈组成的敏感质量块相对平衡位置运动而产生惯性力Fa或惯性力矩，然后通过换能器将此机械运动转换成电信号，再通过伺服放大器变成电流信号，电流信号被馈送到处于恒定磁场中的力矩器而产生反馈力Foc或反馈力矩Moc，与输入加速度引起的惯性力Fa或惯性力矩相平衡，直到再次恢复到平衡位置。在平衡状态下，Foc=Fa，由Fa=ma，再根据恒定磁场内线圈流过电流而产生电磁力的公式Fa=Bil，平衡时ma=Bil，则

式中，k=m/(Bl)为常数；B为恒定磁场的磁感应强度；l为力矩线圈的总长度。由上式可知，反馈电流i正比于被测加速度a的大小。

石英挠性加速度计电子线路框图如图1-2所示。加速度引起的差动电容变化量C，由伺服电路中差动电容检测器检测，其输出为电流，此电流经电流积分器变成输出电压，然后跨导补偿放大器把电压变成输出电流，该输出电流的大小与输入加速度成正比。极性取决于输入加速度的方向。

性能特点

国内生产石英挠性加速度计的单位很多，生产的石英挠性加速度计的典型性能如表1-3所列。

表1-3 CX型石英挠性加速度计技术指标

石英挠性加速度计具有结构简单、精度高的特点。在惯性导航系统、大地测量系统中有广泛的应用。这种加速度计的主要缺点是，测量加速度超过700m/，其非线性误差明显增大，同时不能承受太大的冲击振动。

典型应用

石英挠性加速度计的应用非常广泛，以下是它的几种典型应用方面。

惯性导航和制导系统

导弹、飞机、舰艇、战车等的导航制导系统必须要有速度和位置信息，在要求低的场合，人们使用空速度计，马赫数传感器、里程计等，但随着对武器系统性能要求的提高，上述仪表已不能满足要求。而线加速度计可以安装在运动物体内直接测量其加速度，进而得到速度和位置，其测量精度高，动态性能好，远比空速度计、里程计好得多。因此，线加速度计用于惯性导航制导系统是其最主要的应用之一。

倾斜测量与调平系统

在重力场中，线加速度计可以测量重力加速度变化。当其敏感轴向垂直于水平面时，加速度计指示单位重力加速度；若敏感轴向发生倾斜，其输出为重力加速度与倾斜角度的正弦函数之乘积。利用这一原理，可以用作倾斜测量和调平。比如火控炮瞄雷达、防空雷达的调平；此外，通过测量火车、汽车的侧向加速度来控制倾斜角度，使其在弯道上仍可高速行驶。

过载开关

过载开关用于子母导弹的子弹抛撒系统。在该系统中，通过弹道计算并设置母弹达到预期高度时的运动加速度。安装在弹上的过载开关敏感母弹的轴向加速度，当达到预置加速度时，过载开关输出子弹抛撒控制信号，点燃抛射药，使子弹从母弹中抛出。多个子弹像一张炸弹织成的网一样向目标罩去，让被打击目标无处藏身，是打击敌方阵地和大型设备的有力武器。

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