摘要：石英挠性加速度计中磁场性能直接影响加速度计输出精度,而力矩器是影响加速度计内部磁场的关键。因此,以石英挠性加速度计中力矩器为研究对象,采用等效磁路方法建立含补偿环元件的力矩器工作气隙磁场数学模型,以此为基础分析工作气隙磁场均匀性和磁场强度等性能,并采用多参数优化方法对力矩器系统进行整体优化。仿真结果表明,优化模型有效提升力矩器工作气隙磁场均匀性,磁场轴向极差ΔB_(R)由386.3396 mT缩小至108.2755 mT,端点极差ΔB_(D)由217.8894 mT缩小至2.1934 mT,线圈位置气隙轴向磁场几乎保持对称,从而降低加速度计输出非线性,验证了优化方案的可行性。

摘要：力矩器工作气隙磁性能是石英挠性加速度计磁路设计的关键。利用有限元分析软件ANSYS,对采用稀土永磁材料的力矩器磁路磁通分布进行了仿真分析,并在此基础上进行了磁路结构的优化设计,提出了一种锥形磁钢结构。有限元分析结果表明,锥形磁钢的磁路结构使工作气隙磁场更均匀,可提高加速度计的线性度。

摘要：温度对石英挠性加速度计力矩器磁路的稳定性有着极大的影响,进而使标度因数发生变化。为了提高石英挠性加速度计的稳定性和测量精度,首先利用ANSYS有限元仿真分析磁路中气隙处的磁场分布,确定了力矩线圈最优工作位置,减少因摆片上下摆动引起的测量误差;然后对比了在-20℃～60℃时有无补偿环对工作气隙磁通密度的影响,验证了补偿环的温度补偿作用;最后结合实验数据,对温度在20℃～60℃范围内变化时补偿环的尺寸进行了优化。结果表明,在线圈最优工作位置以及补偿环适当尺寸下,工作气隙磁场的温度稳定性得到了很大提高。

摘要：石英挠性加速度计作为一种高精度惯性测量传感器,被广泛用于航天器姿态控制及惯性导航中。在石英挠性加速度计设计时,摆组件在腔体内的阻尼系数是一项重要的参数。与摆组件的转动惯量及挠性梁刚度等参数不同,阻尼系数与摆片的表面积、摆组件工作间隙、大气压强等多种因素相关。为了获取石英挠性加速度计正常工作状态下阻尼特性参数,研究了一种基于系统闭环频率响应的阻尼系数测量方法。利用水平振动台获取石英挠性加速度计幅频特性曲线,采用最小二乘参数拟合的方法对石英挠性加速度计阻尼特性参数进行辨识。利用辨识得到的阻尼系数进行仿真,并绘制幅频特性曲线与实际采样输出比对,验证了基于系统频率响应的闭环测量方法有效可行。

摘要：石英挠性加速度计是导航与制导系统中常用的一种惯性元件,其表头阻尼影响加速度计的动态性能但相关研究却鲜有报道,基于此提出一种适用于石英挠性加速度计的压膜阻尼分析方法。根据石英摆片的形状和转动规律建立雷诺方程,采用时域有限差分方法在摆片上的非规则区域内求解压强分布和阻尼力矩,进而得到阻尼系数为1.69×10-4Nms/rad,对应阻尼比为12.75。计算阻尼比与系统参数辨识实验得到的阻尼比11.57相近,证明提出的压膜阻尼分析方法有效可行,该方法可以为石英挠性加速度计及类似惯性传感器中的阻尼分析与设计提供指导。

摘要：探讨了石英挠性加速度计的分辨率影响因素,提出了一种对现有石英挠性加速度计的改进设计.根据重力梯度测量对加速度计分辨率的要求,推导出摆片的固有频率,然后使用有限元方法重新设计加速度计的摆片结构.另外,为了降低加速度计的机械热噪声,对表头抽真空,通过加入比例-微分环节对加速度计的控制回路进行阻尼补偿.计算出系统的开环传递函数,并对其进行动态性能仿真分析.分析结果表明:加速度计系统通过在系统前向通道添加比例微分环节能够补偿系统的阻尼,消除加速度计在固有频率处的振荡,使加速度计闭环后处于临界阻尼状态并保持系统的稳定性.改进后加速度计的系统带宽为515Hz,响应时间为3.7m s,分辨率达到10-10g,能够满足高精度测量的需要.

摘要：在空间科学探测中,通常采用静电悬浮加速度计测量低频准稳态微重力信号,但其体积较大、成本较高。高精度石英挠性加速度计体积小,技术成熟,但用于微重力信号测量时,高频噪声抑制不充分将导致频谱混叠、微重力低频测量精度降低。提出了一种将石英挠性加速度计改造为小量程、高精度的微重力加速度测量系统方案,其核心指标是噪声抑制和抗混叠性能。通过电路建模、仿真,验证了频谱混叠对低频微重力测量的影响以及抗混叠滤波器和过采样技术的有效性。测试实验结果表明,该加速度测量系统的低频噪声水平可以达到10^(-7)g/√Hz,分辨率0.12μg,低频至0.001 Hz,显示出了石英挠性加速度计用于微重力测量的精度潜力。

摘要：高精度石英挠性加速度计对表头稳定性提出了较高的要求,而垂直敏感轴方向加速度对表头稳定性的影响容易被忽视。首先对表头中摆片组件在垂直敏感轴方向加速度作用下的动力学规律进行了研究;然后设计了基于开环阶跃实验的表头稳定性测试方法;搭建实验平台,在重力场中对摆片组件与重力加速度夹角为0°和180°的情况进行了实验。实验结果表明:摆片组件与重力加速度夹角为0°时,摆片摆动幅度小,石英挠性加速度计表头稳定性好。

摘要：目前广泛使用的石英挠性加速度计模拟伺服电路的输出需要经过模数转换电路才能与数字计算机系统连接,转换电路的非线性误差、温度漂移等非理想因素会造成一定的精度损失。针对转换过程引起的精度损失,研制了一种基于单载波电容调制解调的脉冲输出型数字伺服电路。首先,提出了采用单载波开关电容充放电调制、滑动平均滤波解调的电容检测方案。然后,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现了线性自抗扰控制算法对摆片的控制,研制的数字电路能够准确地检测加速度且以脉冲的形式输出测量结果。最后,依据国军标对研制的电路进行性能测试:此款数字伺服电路的分辨率可达3μg,1σ准则下0g/1g稳定性分别为4.06μg、4.41μg,闭环系统带宽为976Hz,以上指标均达到了模拟伺服电路的精度量级,具有较高的工程应用价值。

摘要：力矩器是石英挠性加速度计中产生反馈力矩的装置,力矩器磁路的稳定性影响着系统的稳定性和测量精度。为了研究温度变化对磁路稳定性的影响,计算出了不同环境温度下组成力矩器的磁钢的剩磁和矫顽力大小,建立力矩器三维模型导入ANSYS中进行仿真分析,得到了不同环境温度下的力矩器磁感应强度数据曲线以及工作气隙磁感应强度随温度的变化关系。仿真结果表明:工作气隙磁感应强度与环境温度成反比,温度每升高10℃,磁感应强度下降约0.003T。为提高石英挠性加速度计的稳定性提供了理论支持。