2016年第35卷第11期
传感器与微系统(Transducerand Microsystem Technologies）
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D0I:10.13873/J.10009787(2016 )11-001504
挠性加速度计石英摆片的微运动仿真分析
连德浩，李强，孙飞，陈雪冬
（1.酉南科技大学信息工程学院，四川绵阳621900：
2.中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621010）
摘要：加速度计石英摆片的微运动仿真分析可以获取帮助提高石英挠性加速度计生产质量的技术手段和途径。从加速度计石英摆片的物理模型人手，用有限元方法对摆式加速度计的关键部件右英摆片进行静力计算与模态分析，直观地显示了石英摆片结构的应力场与形变场，获得了各阶自然频率和阵型。结果
表明：采用有限元分析的方法能够辅助提高加速计的性能。关键词：石英挠性加速度计；有限元；模态分析
中图分类号：TP391
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016）11-0015-04
Micro motion simulation analysis of quartz pendulum in
flexible accelerometer*
LIAN De-hao', LI Qiang , SUN Fei', CHEN Xue-dong
( 1. School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621900,China;2.Institute of Electronic Engineering,China Academy of
EngineeringPhysics,Mianyang621010,China）
Abstract : The micro motion simulation analysis of accelerometer quartz pendulum can get technical method and approach to improve production quality of quartz flexible accelerometer. Starting with the research of physical model of accelerometer quartz pendulum, static calculation and modal analysis on key component quartz pendulum are carried out through the finite element method, visually display stress field and deformation field of the structure of quartz pendulum, and gain natural frequency in different orders and formation. The results indicate that the finite element method can improve the performance of accelerometer.
Key words : quartz flexible accelerometer; finite element; model analysis
0引言
石英挠性加速度计是一种经典的高精度机械摆式加速度计，因其具有结构简单、体积小、功耗低、灵敏度高等优点，在地质钻探、海洋调查等多个领域具备广泛的应用，特别是作为惯性导航设备，其性能直接影响整个系统的测量精度与稳定性1]。
石英挠性加速度计对摆片装配的对中性要求极高，以保证摆片平稳。挑性加速度计结构设计中所选石英材料的脆性、加工工艺过程中摆片质量分布不均以及工作过程中自身发热等回题均会造成摆片的不对中缺陷，都会导致右英挠性加速度计的摆片失稳间题。因此，针对此种间题对石英摆片进行微运动仿真分析就具有重要的现实意义。
在现有的研究基础上，本文针对石英挑性加速度计，利用丹麦BK3629传感器振动校准系统，运用有限元分析收稿日期：2016-04-29
*基金项目：西南科技大学研究生创新基金资助项目（15YCX124）
软件对部件的应力、位移、应变和力等参量由于稳态外载的作用发生改变进行静力分析。同时为确定所研究摆片的振动特性对其进行模态分析，并据此来改善加速度计的性能，
1加速度计组件的工作原理与力学分析 1、1加速度计工作原理
根据石英挠性加速度计的结构资料描述，主要包含摆组件、挠性杆、力矩器、反馈回路等组成部件2。当有加速度作用时，由挑性摆和力矩器线圈组成的检测质量块将由于惯性作用相对平衡位置发生微小偏转，从而产生相应的惯性力：同时，差动电容器间距的改变将导致电容量发生变化，伺服放大器电路将检测这一变化并转换为相应的输出电信号，电流信号被馈送到处于恒定磁场中的力矩器而产生反馈力，与惯性力相平衡，使摆片重新恢复到平衡位置。