段彤

（陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

石英撓性加速度計是一種經(jīng)典的高精度機械擺式加速度傳感器，作為慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆井等領(lǐng)域[1]。安裝失準(zhǔn)角θ是石英撓性加速度計重要的性能指標(biāo)，它的大小可以在加速度計表頭裝配的環(huán)節(jié)通過專用吊裝工裝夾具進行調(diào)試，達到整表產(chǎn)品性能要求。

1 加速度計數(shù)學(xué)模型和失準(zhǔn)角

加速度計的模型方程是表達加速度計的輸出與沿加速度計輸入基準(zhǔn)軸IA作用的加速度等物理量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的方程式。加速度計簡化的模型方程可表示為：

式（1）中：E為加速度計輸出，V；ai，ap，ao分別為沿IA、PA、OA軸作用的加速度，g；K0為偏值，g；K1為標(biāo)度因數(shù)，V/g；K2為二階非線性系數(shù)，g/g2；θo為擺態(tài)安裝失準(zhǔn)角，rad；θp為門態(tài)安裝失準(zhǔn)角，rad。

安裝失準(zhǔn)角又叫“輸入軸安裝誤差”，定義為輸入軸和與它相聯(lián)系的輸入基準(zhǔn)軸之間的夾角。石英撓性加速度計的失準(zhǔn)角就是殼體安裝面的垂線（輸入基準(zhǔn)軸）與輸入軸（無輸入狀態(tài)下石英擺片的垂線）之間的夾角。選取加速度計擺態(tài)安裝或者門態(tài)安裝任一狀態(tài)，通過四位置（0°、90°、180°、270°）測試方法分析可得安裝失準(zhǔn)角計算公式，具體如下：

式（2）中：E（0°）、E（90°）、E（180°）、E（270°）為 4個位置時加速度計的輸出值，V。

由公式（2）可知，通過翻轉(zhuǎn)擺態(tài)或門態(tài)狀態(tài)下正、反零位狀態(tài)（0°、180°）的加速度計輸出值就可以推算出安裝失準(zhǔn)角的大小情況。

2 石英撓性加速度計結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 基本結(jié)構(gòu)介紹

石英撓性加速度計主要由石英擺片組件、電容式傳感器、伺服控制系統(tǒng)（包含力矩器和伺服電路）3個關(guān)鍵部分組成。具體零、組件如圖1所示。

圖1 石英撓性加速度計結(jié)構(gòu)圖

2.2 工作原理

加速度計沿輸入軸方向受到加速度作用時，檢測質(zhì)量塊將受到慣性作用而發(fā)生微小的偏轉(zhuǎn)，偏離平衡位置，從而產(chǎn)生慣性力；內(nèi)部擺片由于差動電容器間距發(fā)生改變而導(dǎo)致電容量發(fā)生變化，反饋到伺服回路中，放大器檢測到這一變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號再次反饋回力矩線圈上；力矩線圈處于恒定磁場中，產(chǎn)生的反饋力與輸入加速度引起的慣性力相平衡，直到最后擺恢復(fù)到平衡位置。平衡時，Ma＝BLI，則：

式（3）中：a為輸入軸方向的加速度；m/s2；B為恒定磁場的磁感應(yīng)強度，T；L為力矩線圈的總長度，m；I為輸出電流，A；M為檢測質(zhì)量塊的質(zhì)量，g。

通過檢測采樣電阻兩端的電流（或電壓）大小就可以得到輸入加速度的大小。

3 表頭裝配

如圖2所示，石英撓性加速度計表頭部分主要由表芯組件、隔離環(huán)和殼體組成。表頭裝配采用吊裝的方式，利用吊裝螺紋孔，將膠黏好隔離環(huán)的表芯組件懸掛吊入殼體，調(diào)試失準(zhǔn)角到合適大小后，通過膠接的形式將表芯組件和殼體固定，形成合格的表頭組件。

圖2 表頭組件結(jié)構(gòu)示意圖

4 失準(zhǔn)角調(diào)試

利用表芯組件中心吊裝螺紋孔，將表芯（帶有隔離環(huán)）懸掛在吊裝支架（專用工裝）上，然后再通過旋轉(zhuǎn)3個螺釘來調(diào)整，使得A面和殼體上的安裝面夾角盡可能的小，這樣就實現(xiàn)了加速度計安裝失準(zhǔn)角的調(diào)整目標(biāo)。

5 結(jié)束語

本文闡述了石英撓性加速度計安裝失準(zhǔn)角的概念，結(jié)合數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工作原理等方面分析了石英加速度計安裝失準(zhǔn)角的測量方法，為產(chǎn)品表頭裝配過程中安裝失準(zhǔn)角的調(diào)試提供了理論依據(jù)。

參考文獻：

［1］顧英.慣導(dǎo)加速度計技術(shù)綜述［J］.飛航導(dǎo)彈，2001（06）：78-85.