懸絲擺式加速度傳感器工作原理及技術(shù)要點(diǎn)

胡國良

摘要

懸絲擺式加速度傳感器是一種能夠應(yīng)用于軍事加速度慣性測量儀器，與傳統(tǒng)的加速度傳感器相比，懸絲擺式加速度傳感器具有量程大、精準(zhǔn)度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)，因此目前國內(nèi)外對懸絲擺式加速度傳感器的研究都十分感興趣，作為閉環(huán)反饋式傳感器的一種，懸絲擺式傳感器具有很大優(yōu)點(diǎn)。本文從加速度傳感器的概念展開分析，探究了懸絲擺式加速度傳感器工作原理及技術(shù)要點(diǎn)分析。

【關(guān)鍵詞】懸絲擺式加速度傳感器 工作原理技術(shù)要點(diǎn)

加速度傳感器是一種具有測量作用的儀表，在物理學(xué)中，我們了解到，物體的加速度無法直接測量得出，需要運(yùn)用牛頓第二定律的計(jì)算才能夠得出。懸絲擺式加速度傳感器在國內(nèi)的研究中，能夠應(yīng)用到軍事、導(dǎo)彈裝備中，但是量程還比較小，因此大量程的懸絲擺式加速度傳感器的研究對我國加速度傳感器研究領(lǐng)域十分重要。

1 加速度傳感器概念分析

在物理學(xué)中，重力是最基本的定義，每個(gè)物體都具有重力，根據(jù)牛頓第二定律，我們能夠得知，通過物體的慣性，我們能夠計(jì)算出物體移動(dòng)的加速度。加速度傳感器就是依托于這樣的物理原理，對物體單位時(shí)間的加速度慣性進(jìn)行測量。普通的加速度傳感器是由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。物體在運(yùn)動(dòng)的過程中，會(huì)有慣性的作用，加速度傳感器在運(yùn)動(dòng)的過程中，也會(huì)產(chǎn)生一定的慣性，加速度傳感器工作原理如圖1所示。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。普通的加速度傳感器分為兩種，一種是開環(huán)式加速度傳感器，一種是閉環(huán)式加速度傳感器，本文研究的懸絲擺式加速度傳感器在工作原理上屬于閉環(huán)式加速度傳感器，因?yàn)閼医z擺式加速度傳感器具有閉環(huán)式加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)。

2 懸絲擺式加速度傳感器工作原理

懸絲擺式加速度傳感器的工作原理如圖2所示，當(dāng)導(dǎo)線受到向右的慣性力時(shí)，導(dǎo)線向右移動(dòng)，傳感器轉(zhuǎn)化為電流，電流流過磁場內(nèi)的導(dǎo)線時(shí)，安培力向左，慣性與安培力相互平衡，使儀器開始工作。加速度傳感器的種類有很多，比如液浮擺式加速度傳感器、靜電擺式加速度傳感器、光電撓性擺式加速度傳感器以及石英撓式加速度傳感器等，懸絲擺式加速度傳感器的工作原理與石英撓式加速度傳感器類似。懸絲擺式加速度傳感器的工作原理是當(dāng)我們在懸絲擺式加速度傳感器的輸入端，輸入加速度時(shí)，懸絲擺式加速度傳感器上面的慣性擺就會(huì)根據(jù)輸入的加速度大小的不同，而表現(xiàn)出不同的相對位移，然后懸絲擺式加速度傳感器的位移傳感器將發(fā)生的位移信息進(jìn)行下一步的傳遞，傳遞給力矩器線圈，通過力與力之間的作用，懸絲擺式加速度傳感器再次形成一個(gè)新的平衡力。懸絲擺式加速度傳感器的主要材質(zhì)是金屬，懸絲也是金屬懸絲，由于金屬具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，因此懸絲擺式加速度傳感器在正常運(yùn)行中，測量加速度慣性時(shí)，具有速度快、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。由于懸絲擺式加速度傳感器可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，國內(nèi)外相關(guān)研究的的人員比較多，但是由于懸絲擺式加速度傳感器的研究科學(xué)性比較高，也比較難，目前我國的國內(nèi)懸絲擺式加速度傳感器研究人員比較少。

3 懸絲擺式加速度傳感器性能分析

在懸絲擺式加速度傳感器的性能試驗(yàn)中，我們主要針對懸絲擺式加速度傳感器的量程、測量加速度慣性的精準(zhǔn)度、懸絲擺式加速度傳感器的體積等方面進(jìn)行性能分析，擺式加速度傳感器力學(xué)模型如圖3所示。懸絲擺式加速度傳感器的研究屬于的范圍比較廣闊，在研究的過程中，需要很多領(lǐng)域的知識(shí)，其中物理學(xué)中含括了熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)。磁場等知識(shí)，在工程學(xué)中包括了電子信息技術(shù)、機(jī)械工程學(xué)、電子產(chǎn)品加工等知識(shí)。由于加速度傳感器本身就是多個(gè)領(lǐng)域相互交融、相互學(xué)習(xí)所研究出的一種儀表，懸絲擺式加速度傳感器在加速度傳感器的基礎(chǔ)上優(yōu)化了加速度傳感器的很多功能，因此懸絲擺式加速度傳感器的研究比較困難。

上文中，我們提到力矩器，力矩器是懸絲擺式加速度傳感器在正常運(yùn)行中，測量加速度慣性時(shí)的信息傳遞樞紐，只有通過力矩器的應(yīng)用，懸絲擺式加速度傳感器在測量物體加速度慣性后，才能夠?qū)⑺贸龅男畔⑦M(jìn)行計(jì)算、輸出等后續(xù)步驟。力矩器運(yùn)行在計(jì)算中，有這樣的公式：B_dA_m=B_gA_g，其中B_d為磁通密度，A_m為磁體的橫截面積，B_g為氣隙磁通密度，A_g為氣隙橫截面積。我們通過對模擬的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，研究了懸絲擺式加速度傳感器的性能。由懸絲擺式加速度傳感器性能的仿真結(jié)果分析得出，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)懸絲擺式加速度傳感器形式符合標(biāo)準(zhǔn)，也能夠滿足人們的需求，但是實(shí)際應(yīng)用與仿真模擬有所不同，我們還需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，才能夠確保懸絲擺式加速度傳感器的安全使用。

4 總結(jié)

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技也不斷進(jìn)步，在科學(xué)不斷進(jìn)步的背景下，我們對懸絲擺式加速度傳感器的研究也逐漸加深，我國研發(fā)的懸絲擺式加速度傳感器的量程也逐漸加大?？茖W(xué)研究是永恒的話題，堅(jiān)持不斷研究，就會(huì)有新的突破，本文就懸絲擺式加速度傳感器工作原理及技術(shù)要點(diǎn)分析，主要研究了懸絲擺式加速度傳感器的工作原理。

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