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石英挠性加速度计关键技术研究

李安  
【摘要】:石英挠性加速度计是测量线加速度的高精度传感器,在惯性导航系统中具有重要的作用。然而石英挠性加速度计在使用时容易导致石英摆片挠性梁的断裂,磁感应强度容易受时间、温度等环境因素的影响导致测量产生不稳定性现象。国外禁止向我国出口石英挠性加速度计高精度传感器,并且国内对高精度石英挠性加速度计的需求非常迫切。因此,研究石英挠性加速度计的关键技术对高精度传感器的应用起着重要的作用。 本文研究了石英挠性加速度计的两部分关键技术:一方面根据石英摆片进行了受力计算和有限元应力分析,改进了石英摆片的结构,并对石英摆片进行了加工实验;另一方面对力矩器进行了设计,运用ANSYS分析得出了力矩器的磁场分布,并且验证了工作间隙的磁感应强度及电磁力的大小。 本文主要研究内容如下: 第1章,介绍了加速度传感器的作用和分类,分析了石英挠性加速度计的国内外研究状况,提出了本文研究的主要研究内容、研究意义及创新点。 第2章,介绍了石英挠性加速度计的结构及工作原理,设计了石英挠性加速度计结构的三维造型,分析了其动态力学方程及静态数学模型;根据电容式传感器的工作原理,论述了差动电容传感器的主要特性,介绍了石英挠性加速度计使用的差动电容检测电路,并研究了外界影响因素。 第3章,介绍了石英摆片组件的结构。结合梁断裂问题和载荷计算,对石英摆片组件进行了有限元应力分析,并研究了影响其强度的因素,改进了石英摆片的结构。利用超声加工、化学蚀刻及镀膜工艺完成了高精度石英摆片的加工。 第4章,介绍了伺服控制系统和力矩器的结构组成,介绍了混合集成伺服电路HB309。对工作间隙、磁钢、线圈组件进行了设计,完成了磁路计算,得出了工作间隙的磁感应强度及线圈受力的大小。 第5章,根据力矩器的实际结构组成,利用ANSYS软件进行了二维电磁场的有限元分析,得出了磁场分布、工作间隙磁感应强度及通电线圈受力大小。结果表明,分析所得结果与理论计算相符。


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