高加速度,高性能固态厍速度计的研制

文章摘要:本文介绍了一种高性能，高Ｇ战术加速度计。经是为ＡｄＫＥＭ导弹研制的捷联式加速度计。其作用是整个范围的加速度并提供高精度加速度信息。以供ＡｄＫＥＭ导弹姿态控制和加速度并提供高精度加速度信息。以供ＡｄＫＥＭ导弹姿态控制和中段制导。该加速度计的成功设计，使其可广泛应用于军民品领域中。
文章主题:加速度计 制造 灵敏度

文章内容：:獬/电/.谳高加速度.高性能固态加速度计的研制8-^/摘要本文介绍了一种高性能.高战术加速度计.它是为(导弹研制的捷联式加速度计.其作用是测量导弹从起飞段2到助推段200.和滑亍段低的整个范围的加速度并提供高精度加速度信息.以供鼯5导弹姿态控制和中段制导.该加速度计的成功设计.使其可广泛应用于军民晶领域中.这种由速度十量程大达2009).灵敏囊高.分辨率可达毫动态范围达1戍本低廉.体小.重量轻功率消耗少下住环培菹同寅适匣能句强等多种忧点谚们;夤+平用石墓晶体为撩粱.具有先遵晌同态特地和持联导齄所期望的固有数字输出.这样使加速度计的接!宅～牌简堕.成本低,稽定性好.储存寿命长等忧点..前言导弹系统属多任务战术导弹.惯性仪表承载能力要求达200.要求有足够的分辨率实现500米杀伤目标的圜形误差概率.米的要求.对加速度计的性能要求如表所示.表加速鬟计性能规弛表误差胃单揎性能要求目标性能量程2一50200-50饷置数值2.2(13)2.2(3一月稳定性:250:10一年稳定性3.0:05^$$:_91.5ⅱ.5沮度敏稿性.-,℃'5::5025标度因敬数值?:26.66.6一月穗定性讲51一年甍定性荫180180徂麓敏感性℃1010.100辅入轴的不对准蛙(交叉轴敏感性不对准请值毫孤度..0.8.一目稳定性;徽弧度.1帅:25一年甍定性徽弧度50020'擞弧度100100辅轴的非续性皱舞性(二阶)2交叉轴的非线性旋转轴敏基幢(二骱):2转出轴敏基性(二阶);¨''21交_卫藕合')输轴一旋转轴.9.5输入轴一输出轴9.55高嵌项敏辱性敏感世9..006.00;6…'一一…一一——一….一一一…—.——…一～.;宅擐接橱正常二串所簿时闻—…一～…一…一…一～一…一～一～!≮诮●～加遮度计的设计分析一高6加速度计设计过程中采用了有限元分析法.保证在最大加速度9情况下正常工作.借助这种方法,可方便的判断由最大加速所引起的内应力.时.它还为共振频率的预测提供数据.加速度计.00的部件模型的生成和分析采用和分析系统软件进行.这种分析方法.使摆轴和受力晶体的设计重复性好.具有最佳强度.墨表!中示出了采用有限元分析,的一些结果.丧2限元分析结果一无羽端音师窭99527在+120冬件下频率227在-100条件下频率8544输入轴固有共振频率2523摆的偏移1.95微英寸.,加速度计特性现行导弹的高呦咖量度计的设计持性概述在表3中.爰蜘如黼速度竹设汁特性量程2000标度因数1.1腿晶体频率9800频率%加载在200条件下0频带宽度():2500机构过载能力…400(冲击架停止)机构尺寸.550直径:0.18长度瑚速度计尺寸0.660直径0.43长度重量:9.0克-加速发计电源:+9到÷6伏直流电源加速发竹输出:,2额定980方渡基本设计为了满足&;弹要求,该加速度计采用了双端音叉振梁设计方案,四个石英晶体振粱为单晶片结构.加速度计具有固态特征.由于振梁加速度计为固有数字输出,使加速度计的成本降低,尺寸减小,重量减轻,功率消耗减少和消除了同模拟加速度计的数字转换器相关的性能误差振粱敏感元件采用晶体石英制造,这种材料非常坚硬,但和低成本及大量生产技术不矛盾.振梁加速度计采用了挠性约束检圊质量.可把输人加速度转换为施0在石英晶体上的力.雕的每个加速寅计使用丽个石英攘粱晶体,晶体约市挠性支承的检测质量并使机构把加速度力转换为输出岛率.晶体是固有混合擐蒋器的频率检测元件.在艇口速度计中的每个晶体的振荡频率.在没有力ⅱ速度力三用时.为9800额定值.晶体石英的选择从两个方面考虑.第一是石英的机械和物理眭能应非常稳定.如精确的频率标准.第二是石英应具有压电效应.它可便力日力晶体的闭路混合振荡器做为频率测定元件.蒎架奇匀受力岛振荡器引起.该振荡器工怍在梁的谐振频率.二怍冀.右英晶体蒙受拉的翦.当拉力增加时,振动弦的颧平乜:船.然;矧弦小一骨._白英晶怀也压缩形式工.芝竹懊白萸彘埴合于蚁向加趣段汀趵蚁愁儿件.田于船'0品曩江怦主搿莲,吠0硅发力倥删更室刃裁.诬垃茨千便闰鹋^,晶休并教"瘫一犯"方问舭羹.当甜定一辅人朋建发阿,一晶体发芏拉甲井产生额翠增毫.而另一晶体产生压缩开产生频率相砬减少,加速度的输蹦信号由两个晶体的频率差求出.振粱式加速度计工作频率宽,像输入加速度的作用——达到额定无负载频率的0姆.如图所示的晶体结构是——双端谐振晋又.它具有动平衡的特点.这样不需要使用大的隔振体质量.谐振音叉的尖端掇动反档0.,谐振共端的动态与基座酌力大小柜等方句相反.故在安装基喳相互抵滑.这种类型最谈具惩≈箍鱼擐耗.匀空杀哗二=造了条车.梁谐振的压电激励和敏感受设置在晶体尖端的精密传导晶格控制.几个检测质量组件可用晶片制造.机械结构的外形加速度计装置包括背靠背安装的两个检测质量组件,如图2所示.每个检测质量组件包括摆和两端谐振音叉受力晶体.摆采用薄晶片制作.它被悬置受挠性组件的约束,可提供单自度运动.形成对输入加速度的单轴向敏感.每个检测质量组件安装在两阻尼板之间,在摆的上下间形式阻尼间隙,形或挤压麒阻尼.还提供了冲击锁定功能,防过冲击条件下摆的趣亍程每拦受加力晶体的约束.小管是否供黾两种情况下约累枉阻厄均是褶同的.当处在9情况,摆药位移是总行程的很,,百分比,便挠性接头产生有低应力和总偏置稳定.由于单片式检测质量组件和受力晶体是由晶体石英的单晶片制造的.在晶体和它的检测质量结构之间不存在热失配的问题.摆的受力晶体约束示于图三中.示出了晶体"推一拉工作原理摆输人一"推一拉"位变,使共模误差减小且与其相反使交耦误差的净影响减至最小和随温度的对准变化减至最小.对于任何输人加速度,一晶体处于拉伟而另一晶体处于压缩.导致一晶体输出频率增加而另一晶体输出频率减少.采用双摆设计有许多优点.它使单片检则质量或受力晶体组件设计更加简单秘造更加方便.采用两分离检测质量使各号品德熊荆疃旦傍硷驯币量对自砖性鼎住县茸游加速计挝攀爵迭发竹守形如图4所示.接缝采用敞光辉瑛.弓出卿笨鹇玻