淺談石英撓性加速度計安裝失準角的調試方法

段彤

（陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

石英撓性加速度計是一種經典的高精度機械擺式加速度傳感器，作為慣性導航、制導系統的關鍵部件，已廣泛應用于航空、航天、航海、石油鉆井等領域[1]。安裝失準角θ是石英撓性加速度計重要的性能指標，它的大小可以在加速度計表頭裝配的環節通過專用吊裝工裝夾具進行調試，達到整表產品性能要求。

1 加速度計數學模型和失準角

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軸IA作用的加速度等物理量之間數學關系的方程式。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為標度因數，V/g；K2為二階非線性系數，g/g2；θo為擺態安裝失準角，rad；θp為門態安裝失準角，rad。

安裝失準角又叫“輸入軸安裝誤差”，定義為輸入軸和與它相聯系的輸入基準軸之間的夾角。石英撓性加速度計的失準角就是殼體安裝面的垂線（輸入基準軸）與輸入軸（無輸入狀態下石英擺片的垂線）之間的夾角。選取加速度計擺態安裝或者門態安裝任一狀態，通過四位置（0°、90°、180°、270°）測試方法分析可得安裝失準角計算公式，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，通過翻轉擺態或門態狀態下正、反零位狀態（0°、180°）的加速度計輸出值就可以推算出安裝失準角的大小情況。

2 石英撓性加速度計結構和工作原理

2.1 基本結構介紹

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（包含力矩器和伺服電路）3個關鍵部分組成。具體零、組件如圖1所示。

圖1 石英撓性加速度計結構圖

2.2 工作原理

加速度計沿輸入軸方向受到加速度作用時，檢測質量塊將受到慣性作用而發生微小的偏轉，偏離平衡位置，從而產生慣性力；內部擺片由于差動電容器間距發生改變而導致電容量發生變化，反饋到伺服回路中，放大器檢測到這一變化轉換為相應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為檢測質量塊的質量，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，將膠黏好隔離環的表芯組件懸掛吊入殼體，調試失準角到合適大小后，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 表頭組件結構示意圖

4 失準角調試

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

5 結束語

本文闡述了石英撓性加速度計安裝失準角的概念，結合數學模型、產品結構、工作原理等方面分析了石英加速度計安裝失準角的測量方法，為產品表頭裝配過程中安裝失準角的調試提供了理論依據。

參考文獻：

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