加速度计

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加速度计是以加速度的观点来测量物体运动的传感器。加速度计所测量的加速度包括一般性物体的移动速度变化(直线加速度)、物体的低频晃动、高频振动等。因此,从检测重力等静态加速度的加速计到10KHz高频响应加速度计,加速度计的种类敏多。一般被称为“加速度计”、“加速度传感器”、“加速度拾波器”等等。

加速度计特点

  优异的偏差稳定性

  环境性能好(冲击,振动和温度)

  低成本

  低电压模拟输出

  过电保护

  LCC48

  集成温度传感器

加速度计性能指标

 

加速度计性能指标

 
  [1]:按照IEEE 1293-1998 12.3.8的规定在20℃时测量48小时;测量前稳定1小时。

  [2]:1年稳定性根据IEEE 528-2001定义为:上电/上电,存储于-55℃和85℃,在-40℃~125℃之间T循环,-55℃~85℃掉电干扰、振动和冲击。

  [3]: 温度系数指在-40~20℃范围内,在此范围内输出表现典型值呈线性。

  [4]:带宽定义为灵敏度降低小于3dB的频率范围。

加速度计基本分类

  闭环液浮摆式加速度计

  它的工作原理是:当仪表壳体沿输入轴作加速运动时,检测质量因惯性而绕输出轴转动,传感元件将这一转角变换为电信号,经放大后馈送到力矩器构成闭环。力矩器产生的反馈力矩与检测质量所受到的惯性力矩相平衡。输送到力矩器中的电信号(电流的大小或单位时间内脉冲数)就被用来度量加速度的大小和方向。摆组件放在一个浮子内,浮液产生的浮力能卸除浮子摆组件对宝石轴承的负载,减小支承摩擦力矩,提高仪表的精度。浮液不能起定轴作用,因此在高精度摆式加速度计中,同时还采用磁悬浮方法把已经卸荷的浮子摆组件悬浮在中心位置上,使它与支承脱离接触,进一步消除摩擦力矩。浮液的粘性对摆组件有阻尼作用,能减小动态误差,提高抗振动和抗冲击的能力。波纹管用来补偿浮液因温度而引起的体积变化。为了使浮液的比重、粘度基本保持不变,以保证仪表的性能稳定,一般要求有严格的温控装置。

  挠性摆式加速度计

  采用挠性支承的摆式加速度计。摆组件用两根挠性杆与仪表壳体连接。挠性杆绕输出轴的弯曲刚度很低,而其他方向的刚度很高。它的基本工作原理与液浮摆式加速度计类似。这种系统有一高增益的伺服放大器,使摆组件始终工作在零位附近。这样挠性杆的弯曲很小,引入的弹性力矩也微小,因此仪表能达到很高的精度。这类加速度计有充油式和干式两种。充油式的内部充以高粘性液体作为阻尼液体,可改善仪表动态特性和提高抗振动、抗冲击能力。干式加速度计采用电磁阻尼或空气膜阻尼,便于小型化、降低成本和缩短启动时间,但精度比充油式低。

  振弦式加速度计

  由两根相同的弦丝作为支承的线性加速度计。两根弦丝在永久磁铁的气隙磁场中作等幅正弦振动。弦丝的振动频率与弦丝张力的平方根成比例。不存在加速度作用时,两根弦丝的张力相等,振动频率也相等,频率差等于零。当沿输入轴有加速度作用时,作用在检测质量上的惯性力使一根弦丝的张力增大,振动频率升高;而另一根弦丝的张力则减小,振动频率降低。仪表中设有和频控制装置,保持两根弦丝的振动频率之和不变。这样两根弦丝的振动频率之差就与输入加速度成正比。这一差频经检测电路转换为脉冲信号,脉冲频率与加速度成正比,而脉冲总数与速度成正比,因此这种仪表也是一种积分加速度计。弦丝张力受材料特性和温度影响较大,因此需要有精密温控装置和弦丝张力调节机构。

  摆式积分陀螺加速度计

  利用自转轴上具有一定摆性的双自由度陀螺仪来测量加速度的仪表。陀螺转子的质心偏离内环轴,形成摆性。如果转子不转动,陀螺组件部分基本上是一个摆式加速度计。当沿输入轴(即陀螺外环轴)有加速度作用时,摆绕输出轴(即内环轴)转动,使轴上的角度传感器输出信号,经放大后馈送到外环轴力矩电机,迫使陀螺组件绕外环轴移动,在内环轴上产生一个陀螺力矩。它与惯性力矩平衡,使角度传感器保持在零位附近。陀螺组件绕外环轴转动的角速度正比于输入加速度,转动角度的大小就是输入加速度的积分,即速度值。通常在外环轴上安装一个脉冲输出装置,用以得到加速度计测量的加速度和速度信息:脉冲频率表示加速度;脉冲总数表示速度。这种加速度计靠陀螺力矩来平衡惯性力矩,它能在很大的量程内保持较高的测量精度,但结构复杂、体积较大、价格较贵。

加速度计应用范围

  惯性测量:

  惯性测量系统:IMU,AHRS;航空;UAV;

  陆地导航;钻探定向(石油和天然气)

  倾斜测量:

  机车;运输;稳定系统

 
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