石英挠性加速度计偏值长期重复性研究

摘要

作为惯导系统中最重要的一类加速度计，石英挠性加速度计近年来得到了蓬勃的发展，其应用领域也从航空、航天领域扩展到舰船及军用战车、微重力测量、石油钻井测斜、振动测量等领域。目前，国内批量生产的石英挠性加速度计的长期重复性（偏值/标度因数）基本在几十μg/几十ppm量级，主要用于中等精度的惯导系统。随着近年来国内捷联惯导系统和平台惯导系统的飞速发展，对石英挠性加速度计的性能、特别是长期重复性提出了更高的要求。
　　针对这一要求，本论文对石英挠性加速度计的偏值长期重复性展开深入研究，从结构设计和电路设计两个角度着手，分析各因素对偏值长期重复性的影响。分析表明，石英材料形成、加工过程中产生的结构应力、热应力和加工应力、加速度计装配过程中施加在上、下力矩器之间的预紧力、现行工艺老化方法无法释放的装配应力以及伺服放大器中电流积分器输入失调电流和差动电容检测器结构本身固有不对称性的影响是影响零偏长期重复性的重要因素。
　　针对这些影响因素，本论文提出了改善石英挠性加速度计偏值长期重复性指标的方法，包括预负载结构的激光焊接连接方法及其改进设计、高性能磁性材料的选取、无骨架线圈的设计等，并对改进设计后的结构进行了力学、热学、磁场的有限元分析。此外，本论文还分别对采用胶接和激光焊接工艺进行预负载连接的加速度计进行了测试，对不同工艺对加速度计长期重复性的影响进行了分析研究。
　　结果表明，这些改进设计能够有效地提高现有石英挠性加速度计的偏值长期重复性，采用激光焊接工艺的加速度计在老化试验和长期重复性试验中表现稳定，具有较高的可靠性。
　　本论文的研究成果对于深入理解影响石英挠性加速度计长期重复性的各种因素有着重要意义，并为今后整体改善石英挠性加速度计长期重复性的指标奠定了基础。

目录

石英挠性加速度计偏值长期重复性研究

THE RESEARCH OF BIAS LONG-TERMREPEATABILITY OF QUARTZFLEXURE ACCELEROMETER

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪论

1.1 加速度计概述

1.2 国内外研究现状

1.2.1 摆式积分陀螺加速度计（PIGA）

1.2.2 石英振梁加速度计（VBA）

1.2.3 硅微机械加速度计（MEMS）

1.2.4 力平衡式石英挠性加速度计

1.3 课题研究背景

1.4 课题研究内容

第2 章 影响偏值长期重复性的主要因素

2.1 石英挠性加速度计系统

2.2 石英挠性加速度计偏值产生的主要因素

2.3 本章小结

第3 章 石英加速度计表头有限元分析

3.1 石英挠性加速度计表头设计方案

3.2 石英挠性加速度计的有限元模型

3.2.1 基本简化和假设

3.2.2 材料特性

3.2.3 有限元模型

3.3 力学有限元仿真

3.3.1 预负载加载方式的比较

3.3.2 剩余负载的计算

3.3.3 环境温度对预负载的影响

3.4 热学有限元仿真

3.4.1 常温环境加速度计瞬态热分析结果

3.4.2 温度冲击计算

3.4.3 结论

3.5 磁场有限元仿真

3.6 本章小结

第4 章 伺服电路对石英挠性加速度计偏值长期重复

4.1 电流积分器失调电流的影响

4.2 差动电容检测器的影响

4.2.1 差动电容检测器的工作原理

4.2.2 差动电容检测器对偏值的影响

4.3 本章小结

第5 章 石英挠性加速度计长期重复性试验

5.1 试验内容

5.2 长期重复性测试

5.2.1 测试方法

5.2.2 长期重复性测试结果及分析

5.3 老化试验

5.3.1 测试方法

5.3.2 老化试验测试结果及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录1 石英挠性加速度计表头结构参数计算报告

附录2 石英挠性加速度计相关定义及测试方法

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢

个人简历