小型懸絲擺式加速度傳感器原理及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、懸絲擺式加速度傳感器是一種閉環(huán)反饋式加速度傳感器，具有閉環(huán)加速度傳感器高穩(wěn)定性的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的靜電平衡加速度傳感器和石英撓性加速度傳感相比，它同時兼具大量程、小型化和高抗沖擊振動的特點。它和陀螺儀組合構(gòu)成的慣性測量單元，可完成對運載體姿態(tài)、位置的測量，是慣性導(dǎo)航的核心器件。隨著軍事需要的推動，小型化、抗沖擊、高精度、長壽命、高可靠性的懸絲擺式加速度傳感器逐步成為一個研究熱點。目前，已研制的懸絲擺式加速度傳感器受設(shè)計和制作水平的制約，抗沖

2、擊、小型化、高精度等性能參數(shù)有待進一步提高，由于其綜合指標(biāo)不高，只能應(yīng)用于小量程、低精度范圍內(nèi)的測量。
　　作為慣性傳感器的核心，懸絲擺式加速度傳感器其性能決定了直接測量和系統(tǒng)集成后的精度，必須對懸絲擺式加速度傳感器從部件到整機，進行全面的研究和優(yōu)化，才能從本源上獲得懸絲擺式加速度傳感器性能的全面提升。隨著小體積、大量程、高精度加速度傳感器在航空、航天、導(dǎo)彈發(fā)射、智能彈藥、高端轎車、健康監(jiān)控、智能服飾等軍民領(lǐng)域的大量應(yīng)用，在目前國

3、外對該類技術(shù)嚴(yán)格封鎖的情況下，突破制約懸絲擺式加速度傳感器系能的關(guān)鍵技術(shù)難題，設(shè)計、研制具有抗沖擊、大量程的小型懸絲擺式加速度傳感器，具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和使用價值。
　　本論文以總裝備部下某型號導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的小型化研制為應(yīng)用基礎(chǔ)展開研究。設(shè)計了具有大量程、抗沖擊性能的小型懸絲擺式加速度傳感器；從動力學(xué)角度推導(dǎo)了輸入—輸出模型；提出了小型懸絲擺式加速度傳感器研制流程；測試了小型加速度傳感器性能；提出了采用小型懸絲擺式加速度傳感器

4、進行某火炮姿態(tài)測量的方案。分別從理論、仿真、實驗和應(yīng)用的角度對小型懸絲擺式加速度傳感器理論模型和設(shè)計方案進行了驗證。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　?、購膽T性力引起力矩器動子懸絲的形變?nèi)胧?，利?Timoshenko梁理論，建立了懸絲扭轉(zhuǎn)角同慣性擺擺性、輸入加速度值的函數(shù)表達式?；跈C械擺式加速度傳感器的簡化模型“慣性擺—彈簧—阻尼”理論，建立了力矩器動子的靜態(tài)輸出和動態(tài)輸出函數(shù)?；谛⌒蛻医z擺式加速度傳感器輸出時，輸入

5、加速度形成的慣性力矩與反饋力矩處于動態(tài)平衡的狀態(tài)，建立了小型懸絲擺式加速度傳感器的輸入—輸出模型。
　?、诓捎脩医z材料的最大斷裂應(yīng)力理論和扭轉(zhuǎn)角表達式，建立了小型懸絲擺式加速度傳感器抗沖擊模型、分辨率函數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，提出了分辨率為10-4g，最大抗沖擊400g、量程為-60g-+60g的小型懸絲擺式加速度傳感器力矩器動子和力矩定子的尺寸方案。并采用有限元分析方法對理論模型進行了分析驗證。
　?、刍谠谥苽溥^程測試數(shù)據(jù)分析

6、基礎(chǔ)之上，修復(fù)和優(yōu)化了設(shè)計方案，制定了研制工藝，并獲得了實驗樣機。試制小型懸絲擺式加速度傳感器刻度因子為0.32 mA/g，測量范圍為-60g-+60g，線性度為0.008％，外形尺寸為21mm×19mm×17mm，質(zhì)量為28g。為懸絲擺式加速度傳感器自主制備提供了指導(dǎo)。對打破國外工藝壟斷具有重大的工程價值，開創(chuàng)了國內(nèi)小型懸絲擺式加速度傳感器研制的先例。
　?、苎芯苛嘶诟缡霞铀俣仍淼碾p軸小型懸絲擺式加速度傳感器測量旋轉(zhuǎn)彈航向角