石英挠性加速度计输出噪声特性分析-.pdf

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1、总第２４９期舰船电子工程Vol．３５No．３２０１５年第３期ShipElectronicEngineering３９磁石英挠性加速度计输出噪声特性分析侯文超刘晓东吴畏王得信（天津航海仪器研究所天津３００１３１）摘要论文针对高精度加速度计的输出噪声特性进行分析，包括加速度计表体、线路、检测仪表及测试环境。通过分析阐明加速度计输出噪声产生的根源，给出加速度计表体具有的分辨能力以及采取相应措施满足系统对分辨率的需求。关键词高分辨率；加速度计；噪声分析中图分类号V２４１．６２２DOI：１０．３９６９／j．issn１６７２‐９７３０．２０１５．０

2、３．０１２OutputNoiseCharacteristicsAnalysisoftheQuartzFlexAccelerometerHOUWenchaoLIUXiaodongWUWeiWANGDexin（TianjinInstituteofNavigationInstrument，Tianjin３００１３１）AbstractAnalysisweremadeinthepaperaimingattheoutputnoisecharacteristicsofhighprecisionaccelerometer，includingaccel

3、erometeritself，circuit，testinginstrumentandtestingenvironment．Thereasonswhichleadtoproducethenoisethroughtheanalysisarefoundouttoprovidetheresolutionoftheaccelerometerandtakesomemeasurestomeetthesystem摧sneedoftheresolution．KeyWordshighprecision，accelerometer，noiseanalys

4、isClassNumberV２４１．６２２测试，才能挖掘加速度计表体本身具有的分辨率潜１引言力。当然噪声低并不代表具有高的分辨率，但它是一个前提。分辨率与噪声的关系如下：加速度计是惯性导航与制导系统的核心元件，随着系统对其精度的需求越来越高，重力无源辅助D＝AnBw·／２（１）导航是必不可少的，它需要精确测量地球重力场加式中，D为分辨率；An为噪声功率谱密度；Bw为带速度［１］。同时地球物理勘探、矿物资源开发也需要宽。精确测量地球重力场加速度梯度的变化。这也是目通过噪声测试可间接判断加速度计具有的分前国内研究的重点。重力场加速度及加速

5、度梯度测辨能力。因此本文对加速度计输出噪声进行了试量的关键指标之一是分辨率。分辨率是静态指标，验分析，包括加速度计表体、线路、检测仪表及测试测试时需要小的加速度输入，通过输出信号判断是环境，阐明产生噪声的根源，寻求降低噪声的途径，－９否能敏感这个加速度。进行超高分辨率测试时，对最终使加速度计噪声小于８×１０gHz。环境的要求是比较苛刻的，包括隔振地基、稳定的环２加速度计工作原理及输出特性境温度、均衡的磁场等。噪声是动态指标，是对环境条件、测试平台进行评估，看是否满足分辨率对应的本文选用的加速度计类型为石英挠性加速度输出指标要求。噪声用

6、频谱及功率谱密度表示，依计。石英挠性加速度计由检测质量、磁钢、位置传感［２～４］据测试结果，选择功率谱密度低的频段进行分辨率器、感应线圈和反馈回路所组成。如图１所示。磁收稿日期：２０１４年９月１１日，修回日期：２０１４年１０月３１日基金项目：国家８６３计划项目（编号：２００６AA０６A２０３）资助。作者简介：侯文超，男，硕士研究生，研究方向：惯性导航元件噪声。刘晓东，女，研究员，硕士生导师，研究方向：惯性导航器件的结构与性能。吴畏，男，工程师，研究方向：惯性元件技术。王得信，男，高级技师，研究方向：石英挠性加速度计工艺。４０侯文超等：

7、石英挠性加速度计输出噪声特性分析总第２４９期度为１０，可得到相应的噪声特性，如图３所示。图１石英挠性加速度计结构石英挠性摆组件包括石英摆片和上下力矩器线圈。力矩器线圈外围石英摆片盘面上下沉积有金属电极，与磁钢组件的端面形成差动电容敏感器。石英挠性摆组件夹持在上下磁钢组件之间。磁钢组件提供所需的气隙磁场。当有加速度输入时，由石英（a）２E‐１噪声测试摆片和力矩器线圈组成的检测质量相对平衡位置发生偏转，摆片端部的变距离差动电容的桥路容抗发生变化，输出反映摆偏角的电信号，伺服放大器把电信号转换成电流信号，输入到力矩器线圈，两个力矩［５～７］

8、器推挽式工作，使舌形摆片重新回到平衡位置。［８～９］其工作原理可以用图２所示的方框图表示，图中R为标准采样电阻。图２石英挠性加速度计输出特性方框图输出特性方程：KaKvF（s）KwKM（b）２E‐２噪声测试V（s）＝２J