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石英挠性加速度计大量程实现技术研究

张宁  
【摘要】:石英挠性加速度计是用来感知载体所受加速度的惯性器件,它的应用领域正在逐步扩大,配套系统对其性能指标的要求也越来越高。为满足战术武器机动性能的迅速发展,保证核心竞争力,尤其要求加速度计具有更高的测量范围—即量程。 本论文从石英挠性加速度计的结构组成、工作原理入手,以石英挠性加速度计力学方程为基础,对电流标度因数、挠性支承力等影响石英挠性加速度计量程的关键技术因素进行充分的分析研究,分析计算尺寸对称、质量对称、刚度对称、质心与力反馈中心重合以及电路的灵敏度、输出能力等各种影响因素,深入研究了实现大量程石英挠性加速度计的关键技术。 研究分析的结果表明:表头内部的检测摆质量对气膜的角振荡是影响石英挠性加速度计量程的最主要的因素之一,应采取措施抑制其振荡,最有效的方法是增加挠性支承的约束力;另外,通过理论分析得到电流标度因数Ig和平均磁感应强度也是影响石英挠性加速度计量程的重要因素,由于电路能力不变时电流标度因数与量程成反比,因此,减小电流标度因数是提高其量程较理想的选择。 由此,提高石英挠性加速度计量程的关键是减小电流标度因数Ig和增加挠性支承的约束力。针对上述两个关键因素,本文进行了详细的仿真分析和试验研究,从减小检测摆的质量(减小摆片质量、减小力矩器线圈质量、增大平均磁感应强度)、采用磁性能高的材料(钐钴材料代替铝镍钴材料)、增大石英摆片平桥的刚度(增加石英摆片平桥处的厚度)等几个方面加以改进设计。同时,为了对大量程加速度计的量程、模型方程系数等重要性能指标进行全面的测试,深入调研并研制了精密离心标定测试设备,并确定了数据分析、处理方法。 通过试验验证并对大量程石英挠性加速度计的精密离心试验及模型方程系数、稳定性、温度系数、阈值、分辨率、安装误差角、频带带宽等测试结果进行分析后得出结论:采用减小电流标度因数Ig和增加挠性支承的约束力两个方法,有助于实现提高石英挠性加速度计大量程的预期目的,在工程上可以生产出更高水平的大量程的石英挠性加速度计。


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