当前课程知识点：惯性导航原理 > 第四章 惯性仪表加速度计 > 4.1加速度计的测量原理 > 4.1.2 加速度计的基本原理
同学们
今天我们学习第四章
惯性仪表加速度计
第一节
加速度的测量原理
加速度计是惯性导航系统
主要惯性元器件之一
它的功能
测量载体相对某参考系的加速度
这里的参考坐标系
可以是惯性坐标系
地理坐标系等
第二次世界大战末期
在德国的V2导弹上
沿导弹的纵轴安装了一个加速度计
用于控制导弹的关机点速度
这是世界上应用加速度计
参与惯性制导的第一个实例
从控制系统的角度来看
加速度计所测得的加速度
是惯性导航系统最重要的输入信号
我们把加速度计比作惯性导航系统的心脏
首先
学习加速度计的工作原理
第一个内容
加速度计的概念
加速度计是利用检测质量的惯性力
来测量线加速度或角加速度的装置
又称为比力计
加速度表
定义表明
加速度计的测量原理是基于
检测质量的惯性力
也就是根据牛顿第二定律
惯性定律
来测量加速度的
同时
加速度计的定义
概括了加速度计的功能
既可以测量线加速度
也可以测量角加速度
下面来学习第二个内容
加速度计的分类
随着惯性导航技术的发展
出现了各种不同类型的加速度计
依据不同的分类方法
加速度计可以分成不同的类型
根据所测加速度的性质来分
有角加速度计
线加速度计
有的加速度计是用来测量线加速度的
有的是用来测量角加速度的
第二种分类方法
从测量系统的形式来分
可以分为开环加速度计
闭环加速度计
开环加速度计又称简单加速度计
这类加速度计的测量系统是开环的
加速度值经过敏感元件测量
不需要从输出量
反馈到输入端
与输入量进行比较
开环加速度计的抗干扰能力较差
外界干扰会对测量精度有较大的影响
一般来说精度比较低
优点是结构简单
容易维护
成本较低
一般在精度要求不太高的情况下使用
与开环加速度计不同的是
闭环加速度计
需要把输出量反馈到输入端
与输入量进行比较
由于有反馈作用
加速度计的活动系统
工作在零位附近
就可以扩大量程
同时
这种加速度计的抗干扰能力较强
采用闭环系统可以提高测量精度
在惯性系统中使用的加速度计
大部分都是闭环加速度计
第三种分类方法
从测量原理上分
有摆式加速度计
压电加速度计
振弦加速度计等等
摆式加速度计
具有一个带偏心质量的摆
包括浮子摆式加速度计
挠性支撑摆式加速度计
摆式陀螺积分加速度计
后面课程
会学习摆式加速度计的工作原理
压电加速度计是利用石英晶体
和人工极化陶瓷的压电效应设计而成
压电晶体受力后产生的电荷
与感受的加速度值成比例
第四种分类方法
采用的支撑方式分类
有液浮加速度计
挠性加速度计
静电加速度计等等
分别采用
浮液
挠性支撑和静电
支撑加速度计活动系统
第五种分类方法
加速度计输出信号的形式
可以分为加速度计
积分加速度计
加速度计直接输出的是加速度信号
而积分加速度计
输出的是加速度的积分
可以直接输出速度
位置信号
接着
再学习加速度计基本结构组成
这是一个弹簧式加速度计的基本模型
基本结构主要包括
检测质量
也叫作活动系统
支承装置
信号传感器
阻尼器
当存在加速度时
由于受到支承装置的约束
检测质量沿着运动方向
这根轴线移动
这根轴线称为输入轴
阻尼器的作用是产生阻尼
使检测质量快速稳定在平衡位置
信号传感器的作用
输出线位移或角位移
图中是一个线位移式信号传感器
信号传感器的类型
还有差动变压器
微动同步器
电容式传感器
电感式传感器等等
图中的加速度计属于开环式加速度计
在闭环式加速度计中还有力
力矩
在平衡系统
产生约束活动系统的力或力矩
使加速度计的活动系统
工作在零位附近
下面以图中这个弹簧式加速度计为例
介绍加速度计的基本工作原理
当沿输入轴没有加速度时
弹簧没有形变
线位移式信号传感器不输出电信号
当加速度向左时
检测质量在惯性力作用下
相对仪表壳体向右运动
弹簧会弯曲变形
产生向左的弹力
稳态时
弹簧形变位移量为x
弹簧弹力kx
与惯性力ma相平衡
弹簧的形变位移量
与加速度成正比
信号传感器把弹簧形变位移量x
转换为电信号输出
加速度计的输出信号
直接包含惯性力项
当加速度向上时
惯性力
弹簧弹力和检测质量的重力之间满足这个关系式
移项后有
kx=ma+mg
加速度计的输出信号中包含了
惯性力项和重力项
当加速度斜向上时
惯性力
弹簧弹力和重力分量
满足这个关系式
此时加速度计的输出信号
包含惯性力项和重力分量项
以上几种情况表明
加速度计属于一种测力装置
加速度计的输出补偿掉重力项
才可以得到惯性力
才能得到实际加速度
下面作进一步分析
把检测质量所受到的合外力
分为两部分
非引力Fn和引力mG
等式两边同除质量m后得到
a=Fn/m+G
定义比力
f=Fn/m=a-G
比力的定义可知
比力为检测质量
单位质量受到的非引力
等于实际加速度
减去引力加速度
而加速度计实际测量的就是比力
并不是检测质量的真实加速度a
因而
把加速度计也称为比力计
这节课学习到这里
下节课再学习比力方程的建立
-1.1惯性导航基本概念
--1.1.3 小节测试
-1.2惯性导航技术发展史
--1.2 知识导授
--1.2.3 小节测试
-1.3惯性导航常用坐标系
--1.3 知识导授
--1.3.1 小节测试
--1.3.2 小节测试
--1.3.3 小节测试
-2.1陀螺仪的定义及分类
--2.1.3 小节测试
-2.2刚体转子陀螺仪的基本特性
--2.2 知识导授
--2.2.3 小节测试
-2.3陀螺仪运动方程的建立
--2.3 知识导授
--2.3.1 小节测试
--2.3.2 小节测试
--2.3.3 小节测试
-2.4陀螺仪运动特性分析
--2.4 知识导授
--2.4.1 小节测试
--2.4.2 小节测试
-第二章 主观题
-3.1三浮陀螺仪
--3.1.3 小节测试
-3.2静电陀螺仪
--3.2.3 小节测试
-3.3动力调谐陀螺仪
--3.3.3 小节测试
-3.4光学陀螺仪
--3.4 知识导授
--3.4.1 小节测试
--3.4.2 小节测试
--3.4.3 小节测试
-3.5振动陀螺仪
--3.5.3 小节测试
-3.6 原子陀螺仪
--3.6.3 小节测试
-第三章 主观题
-4.1加速度计的测量原理
--4.1.3 小节测试
--4.1.5 小节测试
-4.2石英挠性摆式加速度计
--4.2.3 小节测试
-4.3陀螺积分加速度计
--4.3.3 小节测试
-第四章 主观题
-5.1基本概念
--5.1.3 小节测试
-5.2陀螺仪静态误差模型
--5.2.3 小节测试
-5.3加速度计静态误差模型
--5.3.3 小节测试
-5.4惯性仪表误差标定测试
--5.4.3 小节测试
-第五章 主观题
-6.1陀螺稳定平台功能、组成
--6.1.3 小节测试
-6.2陀螺稳定平台工作原理
--6.2.3 小节测试
-6.3陀螺稳定平台性能分析
--6.3.3 小节测试
-6.4平台式惯导系统导航原理
--6.4 知识导授
--6.4.1 小节测试
--6.4.2小节测试
-第六章 主观题
-7.1捷联式惯导系统工作原理
--7.1.3 小节测试
-7.2 四元数及坐标转换
--7.2.3 小节测试
-7.3捷联式惯导系统导航参数解算
--7.3.3 小节测试
-第七章主观题
