小量程高精度石英撓性擺式加速度計(jì)關(guān)鍵方法研究.pdf

1、重力傳感器是捷聯(lián)式航空重力儀的核心器件，其精度將直接影響捷聯(lián)式航空重力儀的測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)室自主研制的捷聯(lián)式航空重力儀采用的是石英撓性擺式加速度計(jì)，技術(shù)成熟度比較高，經(jīng)適當(dāng)篩選并采用精密溫控系統(tǒng)后基本可滿足標(biāo)量重力儀對(duì)重力傳感器的要求。但石英撓性擺式加速度計(jì)是上世紀(jì)六、七十年代設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，量程較大，采用的模擬伺服控制回路的控制精度偏低，且磁鋼磁特性的衰減、結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化等因素會(huì)引起加速度計(jì)的長(zhǎng)期漂移。本文從石英撓性擺式加速度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)及

2、數(shù)學(xué)模型、誤差模型及具體影響因素、加速度計(jì)小量程改進(jìn)設(shè)計(jì)、加速度計(jì)高精度改進(jìn)設(shè)計(jì)等四個(gè)方面進(jìn)行了研究與分析，歸納如下：
　　1.建立了加速度計(jì)的相關(guān)誤差模型，對(duì)加速度計(jì)偏值誤差的來(lái)源和偏值穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。然后從加速度計(jì)表頭、伺服電路和加工裝配三個(gè)方面對(duì)影響石英撓性擺式加速度計(jì)性能的具體因素進(jìn)行了分析。經(jīng)過(guò)分析，要想減小加速度計(jì)的量程，可以通過(guò)增大加速度計(jì)電流標(biāo)度因數(shù)和減小撓性梁的剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)。而要想提高加速度計(jì)的精度可通過(guò)減

3、小磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度、改變加工技術(shù)和裝配工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　2.論述了石英撓性擺式加速度計(jì)小量程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。采用減小工作間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度、增大擺片質(zhì)量、增大線圈質(zhì)量、減小線圈有效長(zhǎng)度和減小撓性梁的剛度等方法減小了加速度計(jì)的量程。并給出了加速度計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)。分別通過(guò)理論計(jì)算和ANSYS軟件仿真對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)符合要求，能達(dá)到±2g的量程指標(biāo)。
　　3.論述了石英撓性擺式加速度計(jì)高精

4、度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。衡量加速度計(jì)精度的兩個(gè)指標(biāo)主要是零位偏值和標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)的使擺組件偏移最大，撓性梁剛度減小，快速的增大了靈敏度。選用釤鈷Sm2Co17作為改進(jìn)型磁鋼材料，穩(wěn)定性明顯高于鋁鎳鈷。同時(shí)本文設(shè)計(jì)了一種分步刻蝕擺片的加工方法，可進(jìn)一步降低撓性梁表面粗糙度。建議了一種深反應(yīng)離子刻蝕法，可加工亞微米及以下尺寸。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，改進(jìn)后的電流標(biāo)度因數(shù)可達(dá)5.92mA/g，符合設(shè)計(jì)之初所提＞5mA/g的要求指標(biāo)。通過(guò)重力場(chǎng)標(biāo)定實(shí)