第5章加速度测量

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1、第五章加速度计9/30/20211§5.1加速度测量的基本原理一加速度测量的力学原理与加速度计基本方程弹簧C阻尼Da稳态时：其中：9/30/20212§5.1加速度测量的基本原理一加速度测量的力学原理与加速度计基本方程对于近地空间的加速度计来说，只考虑检测质量块的相对位移同时受到重力的影响。稳态时：9/30/20213§5.1加速度测量的基本原理一加速度测量的力学原理与加速度计基本方程简单加速度计的精度很大程度上取决于弹簧刚度系数的精度。弹簧刚度的改变、弹簧的非线性以及迟滞因素等都会引起加速度计的输出误差，这

2、种加速度计很难获得更高的灵敏度和测量精度。9/30/20214§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计在惯性坐标系中存在：物体单位质量所受到的力，即物体在惯性空间中的加速度。9/30/20215§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计惯性参考系地心系比力计外壳检测质量m的运动微分方程为9/30/20216§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计9/30/20217§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计以比力计整体作为研究对象比力是比力计即载体的非引力加速度，即惯性加速度与引力加速度之间的向量差。9/

3、30/20218§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计理想的比力计沿敏感轴方向的输出是运载体的支持作用在比力计外壳上的非引力比力分量。即：比力计输出的只是非引力比力分量。9/30/20219§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计讨论：以地心系作为近似惯性参考系时所带来的误差对时间取导：地球相对惯性参考系的运动微分方程9/30/202110§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计考虑:9/30/202111§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计误差：数量级：只有地心引力单独作用时：即使在高精度的导

4、航系统中也可以略去不计。9/30/202112§5.1加速度测量的基本原理二比力及比力计几种特殊情况：当比力计沿地垂线自由下落时：当比力计静止不动时：当比力计敏感轴垂直于地垂线时：9/30/202113§5.1加速度测量的基本原理三地球重力场当载体在近地表面运动时，加速度计所敏感的比力为：9/30/202114§5.1加速度测量的基本原理三地球重力场载体相对于地球的运动速度重力是地球的引力与因地球自转而产生的离心力的合力：于是，在测量坐标系中：9/30/202115§5.1加速度测量的基本原理当安装加速度计的

5、载体相对地球运动时，比力计的敏感量包括四项：三地球重力场载体相对地球的运动速度在测量坐标系中的变化率测量坐标系相对地球的转动所引起的向心加速度因载体运动及地球自转而产生的哥氏加速度地球在当地的重力加速度9/30/202116§5.2摆式加速度计单自由度无约束摆式加速度计是导航系统中最为常用的一种加速计。这种加速度计工作于闭环状态。液浮摆式加速度计挠性摆式加速度计硅微加速度计陀螺积分摆式加速度计9/30/202117§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计液体悬浮技术成功应用于摆式加速度计与单自由度积分陀螺仪，是

6、惯性技术发展史上的里程碑。液浮摆式加速度计已广泛应用于各类惯性系统中，并作为一种典型的加速度计仍在不断发展和使用。轴承具有较大的摩擦力矩，作为加速度计的摆和标定质量支承，限制了仪表的灵敏度，由于动摩擦力的大小和方向与摆的运动方向密切相关，具有典型的非线性和随机性质，补偿起来非常困难，也限制了仪表的精度。为此，发展了各种支承技术，如静压气体悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、超导悬浮以及下面的液体悬浮技术。9/30/202118§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计摆性的概念：当有单位重力加速度沿输入轴作用在摆组件上时，

7、绕输出轴所产生的摆力矩由重力矩与浮力矩组成。9/30/202119§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计采样电阻力矩器摆组件信号器伺服放大器激磁前置放大器解调器直流放大器振荡器IAOAPA9/30/202120§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计当沿仪表的输入轴有加速度输入时，加速度通过摆性将产生摆力矩作用在摆组件上，使其绕输出轴转动。通过信号器敏感摆组件绕输出轴相对壳体的偏转角，输出与偏转角成比例的电压信号，电压信号经伺服放大器后，转换为与电压成比例的电流信号，将电流输入力矩器，产生与电流成比例的力矩，并

8、绕输出轴作用在摆组件上。稳态时，力矩器的输出力矩与摆力矩相平衡。此时，力矩器的施矩电流便与输入加速度成比例。通过采样电阻获得与输入加速度成比例的电压信号。9/30/202121§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计9/30/202122§5.2摆式加速度计一液浮摆式加速度计由信号器、伺服放大器和力矩器所组成的回路，通常称为力矩再平衡回路(RebalanceLoop)。所产生的力矩通常称为再平衡力矩。