加速度计分类方法-主要性能指标及其意义.ppt

加速度计分类方法，主要性能指标及其意义,吴纾婕,基本概念回顾,加速度计的几种分类方法,典型加速度计介绍,加速度计性能指标及其意义,一.基本概念回顾,加速度计的力学模型弹簧质量系统壳体弹簧质量块,加速度计测量加速度。加速度这个物理量是难以直接测量的，目前人们是通过测量（检测）相应的力来间接测量加速度。mg+ma+F=0g+a+f=0f=-g-af称为比力，加速度计就是用反馈的约束力来测量地球的引力和物体的运动加速度，在测量值里除去引力，就得到需要测量的加速度a，所以加速度计也叫比力计。,二.加速度计的分类,按惯性检测质量的运动方式,按其工作原理分类,按对其检测方式,按其使用的信号传感器的类别,1 按惯性检测质量的运动方式分类，可分为线加速度计和摆式加速度计。,摆式加速度计的力学模型,摆式加速度计的力矩平衡原理,摆式加速度计,在摆式加速度计中，检测质量做成摆锤，如单摆一样，它可绕支承轴转动，其基本结构原理如上图。它的工作原理如下。当运动物体有沿Z轴负向加速度时，检测质量摆感受引起的惯性力F=ma，由于摆杆具有长度，故形成惯性力矩Ma，使摆锤偏离初始位置，并产生角位移；与此同时转轴的转动使轴端弹簧变形而产生弹簧力矩Ms，Ms和Ma 方向相反，又由于摆杆偏离z轴，重力mg形成与弹性力矩方向相同力矩分量，摆锤达到力矩平衡即稳态。,2 按检测方式是否需将所测加速度由输出端再反馈到输入端来分类，有开环加速度计和闭环加速度计两类。,活动部件,信号传感器,放大器,被测加速度,输出电量,活动部件,信号传感器,放大器,被测加速度,力发生器（或力矩器）,开环加速度计原理方框图,闭环加速度计原理方框图,开环加速度计,开环加速度计又称简单加速度计或过载加速度计，它的测量系统是开环的。优点：构造简单，容易维护，易小型化，成本较低。缺点：必须精确的予以校准，抗干扰能力差，精度较低。应用：精度要求不高的情况下多采用开环加速度计。,闭环加速度计,闭环加速度计又称力平衡式加速度计，力反馈加速度计，带有补偿系统的力加速度计或伺服加速度计，它的测量系统是闭环的。优点：抗干扰能力强，精度高，始终工作在零位附近，可以夸大量程。缺点：结构相对复杂。应用：大部分惯性导航与制导系统中。,加速度计的分类,3 按其使用的信号传感器的类别分类有电容式加速度计、半导体压阻式加速度计、电感式加速度计、电位器式加速度计等。4 按其工作原理分类有振弦式加速度计、静电式加速度计、摆式陀螺加速度计等等。,三.典型加速度计介绍,石英挠性加速度计,陀螺积分加速度计,闭环液浮摆式加速度计,振弦式加速度计,四.加速度计性能指标,某石英挠性加速度计性能参数,1.加速度计的标度因数,标度因数是指输出信号与输入信号之比。输入是加速度，输出可能是模拟量，如直流电压。标度因数单位是多少毫伏每g，一般希望标度因数要大一点，有利于信号传输时提高信噪比。加速度计也可能输出的是脉冲数，输入的加速度比例于输出的脉冲频率。每一个脉冲反映了加速度作用下的速度增量，称为脉冲当量。把输出的脉冲累加起来就成了速度，这时的加速度计称为积分式加速度计。,2.标度因数的线性度和稳定性,标度因数的稳定性是要求标度因数固定不变，不要受温度、磁场等环境因素引起输出与输入比值的变化。标度因数不稳定和非线性都会引起系统的误差。高精度的加速度计的标度因数稳定性和线性度可以做到10-6 10-7g。,3.零偏及零偏的稳定性,在没有加速度输入时加速度计的输出称为零位偏值。,4.死区或阈值,死区是指加速度计没有信号输出的范围。阈值是指加速度计有确切输出的最小加速度输入量。高精度加速度计的阈值达10-7g。,5.测量范围,6.分辨率,分辨率是反映加速度计测量灵敏度的标志，根据加速度计的标度因数，输入加速度的变化引起相应的输出变化，当输出变化达到应该变化输出二分之一时的最小输入量，定义为分辨率。高精度的加速度计分辨率可达10-7 10-8g。阈值是反映加速度计在零位附近的特性，分辨率反映加速度计全量程的灵敏度。,7.带宽和频率响应,带宽或频率响应是反映加速度计的动态特性的指标。,谢谢大家,