悬丝摆式加速度传感器工作原理及技术要点

胡国良

摘要

悬丝摆式加速度传感器是一种能够应用于军事加速度惯性测量仪器，与传统的加速度传感器相比，悬丝摆式加速度传感器具有量程大、精准度高、体积小的优点，因此目前国内外对悬丝摆式加速度传感器的研究都十分感兴趣，作为闭环反馈式传感器的一种，悬丝摆式传感器具有很大优点。本文从加速度传感器的概念展开分析，探究了悬丝摆式加速度传感器工作原理及技术要点分析。

【关键词】悬丝摆式加速度传感器 工作原理技术要点

加速度传感器是一种具有测量作用的仪表，在物理学中，我们了解到，物体的加速度无法直接测量得出，需要运用牛顿第二定律的计算才能够得出。悬丝摆式加速度传感器在国内的研究中，能够应用到军事、导弹装备中，但是量程还比较小，因此大量程的悬丝摆式加速度传感器的研究对我国加速度传感器研究领域十分重要。

1 加速度传感器概念分析

在物理学中，重力是最基本的定义，每个物体都具有重力，根据牛顿第二定律，我们能够得知，通过物体的惯性，我们能够计算出物体移动的加速度。加速度传感器就是依托于这样的物理原理，对物体单位时间的加速度惯性进行测量。普通的加速度传感器是由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。物体在运动的过程中，会有惯性的作用，加速度传感器在运动的过程中，也会产生一定的惯性，加速度传感器工作原理如图1所示。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。普通的加速度传感器分为两种，一种是开环式加速度传感器，一种是闭环式加速度传感器，本文研究的悬丝摆式加速度传感器在工作原理上属于闭环式加速度传感器，因为悬丝摆式加速度传感器具有闭环式加速度传感器的优点。

2 悬丝摆式加速度传感器工作原理

悬丝摆式加速度传感器的工作原理如图2所示，当导线受到向右的惯性力时，导线向右移动，传感器转化为电流，电流流过磁场内的导线时，安培力向左，惯性与安培力相互平衡，使仪器开始工作。加速度传感器的种类有很多，比如液浮摆式加速度传感器、静电摆式加速度传感器、光电挠性摆式加速度传感器以及石英挠式加速度传感器等，悬丝摆式加速度传感器的工作原理与石英挠式加速度传感器类似。悬丝摆式加速度传感器的工作原理是当我们在悬丝摆式加速度传感器的输入端，输入加速度时，悬丝摆式加速度传感器上面的惯性摆就会根据输入的加速度大小的不同，而表现出不同的相对位移，然后悬丝摆式加速度传感器的位移传感器将发生的位移信息进行下一步的传递，传递给力矩器线圈，通过力与力之间的作用，悬丝摆式加速度传感器再次形成一个新的平衡力。悬丝摆式加速度传感器的主要材质是金属，悬丝也是金属悬丝，由于金属具有很强的导电性，因此悬丝摆式加速度传感器在正常运行中，测量加速度惯性时，具有速度快、精准度高的特点。由于悬丝摆式加速度传感器可以应用于军事领域，国内外相关研究的的人员比较多，但是由于悬丝摆式加速度传感器的研究科学性比较高，也比较难，目前我国的国内悬丝摆式加速度传感器研究人员比较少。

3 悬丝摆式加速度传感器性能分析

在悬丝摆式加速度传感器的性能试验中，我們主要针对悬丝摆式加速度传感器的量程、测量加速度惯性的精准度、悬丝摆式加速度传感器的体积等方面进行性能分析，摆式加速度传感器力学模型如图3所示。悬丝摆式加速度传感器的研究属于的范围比较广阔，在研究的过程中，需要很多领域的知识，其中物理学中含括了热学、电学、力学。磁场等知识，在工程学中包括了电子信息技术、机械工程学、电子产品加工等知识。由于加速度传感器本身就是多个领域相互交融、相互学习所研究出的一种仪表，悬丝摆式加速度传感器在加速度传感器的基础上优化了加速度传感器的很多功能，因此悬丝摆式加速度传感器的研究比较困难。

上文中，我们提到力矩器，力矩器是悬丝摆式加速度传感器在正常运行中，测量加速度惯性时的信息传递枢纽，只有通过力矩器的应用，悬丝摆式加速度传感器在测量物体加速度惯性后，才能够将所得出的信息进行计算、输出等后续步骤。力矩器运行在计算中，有这样的公式：B_dA_m=B_gA_g，其中B_d为磁通密度，A_m为磁体的横截面积，B_g为气隙磁通密度，A_g为气隙横截面积。我们通过对模拟的实验数据分析，研究了悬丝摆式加速度传感器的性能。由悬丝摆式加速度传感器性能的仿真结果分析得出，在实验范围内悬丝摆式加速度传感器形式符合标准，也能够满足人们的需求，但是实际应用与仿真模拟有所不同，我们还需要大量实验数据的支持，才能够确保悬丝摆式加速度传感器的安全使用。

4 总结

总而言之，随着社会经济的发展，科技也不断进步，在科学不断进步的背景下，我们对悬丝摆式加速度传感器的研究也逐渐加深，我国研发的悬丝摆式加速度传感器的量程也逐渐加大。科学研究是永恒的话题，坚持不断研究，就会有新的突破，本文就悬丝摆式加速度传感器工作原理及技术要点分析，主要研究了悬丝摆式加速度传感器的工作原理。

参考文献

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[3]刘刚，穆文军，张勇，等.磁座对压电式加速度传感器安装传递系数的影响[J].科学技术与工程，2018（04）.