加速度的测量及加速度计.ppt
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1、第第 五五 章章加速度的测量及加速度计加速度的测量及加速度计4/13/202315.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 一一一一 加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程 4/13/202325.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 一一一一 加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程 稳态时:稳态时:稳态时:稳态时:其中:其中:其中:其中:
2、4/13/202335.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 一一一一 加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程 对于近地空间的加速度计来说,考虑检测质量对于近地空间的加速度计来说,考虑检测质量对于近地空间的加速度计来说,考虑检测质量对于近地空间的加速度计来说,考虑检测质量块的相对位移同时受到重力的影响。块的相对位移同时受到重力的影响。块的相对位移同时受到重力的影响。块的相对位移同时受到重力的影响。稳态时:稳态时:稳态时:稳态时:4/13/202345.1 5.1 加
3、速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 一一一一 加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程加速度测量的力学原理与加速度计基本方程 简单加速度计的精度很大程度上取决于弹簧刚度简单加速度计的精度很大程度上取决于弹簧刚度简单加速度计的精度很大程度上取决于弹簧刚度简单加速度计的精度很大程度上取决于弹簧刚度系数的精度。弹簧刚度的改变、弹簧的非线性以及迟系数的精度。弹簧刚度的改变、弹簧的非线性以及迟系数的精度。弹簧刚度的改变、弹簧的非线性以及迟系数的精度。弹簧刚度的改变、弹簧的非线性以及迟滞因素等都会引起加速度计的输出误差,这种加速
4、度滞因素等都会引起加速度计的输出误差,这种加速度滞因素等都会引起加速度计的输出误差,这种加速度滞因素等都会引起加速度计的输出误差,这种加速度计很难获得更高的灵敏度和测量精度。计很难获得更高的灵敏度和测量精度。计很难获得更高的灵敏度和测量精度。计很难获得更高的灵敏度和测量精度。采用闭环控制技术,使弹簧的形变很小,提高加采用闭环控制技术,使弹簧的形变很小,提高加采用闭环控制技术,使弹簧的形变很小,提高加采用闭环控制技术,使弹簧的形变很小,提高加速度计的线性度、灵敏度和测量精度。速度计的线性度、灵敏度和测量精度。速度计的线性度、灵敏度和测量精度。速度计的线性度、灵敏度和测量精度。4/13/20235
5、5.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 二二二二 比力及比力计比力及比力计比力及比力计比力及比力计 惯性参考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系地心系地心系地心系地心系比力计外壳比力计外壳比力计外壳比力计外壳比比力力计计定义:定义:定义:定义:4/13/202365.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 二二二二 比力及比力计比力及比力计比力及比力计比力及比力计 以检测质量以检测质量以检测质量以检测质量mm为研究对象,其运动微分方程为:为研究对象,其运动微分方程为:为研究对象,其运动微分方程为:为研究对象,其运动微分方程为:4/13/202375.1 5.1 加速
6、度测量的基本原理加速度测量的基本原理 二二二二 比力及比力计比力及比力计比力及比力计比力及比力计 以比力计整体作为研究对象,比力计的动力学方程以比力计整体作为研究对象,比力计的动力学方程以比力计整体作为研究对象,比力计的动力学方程以比力计整体作为研究对象,比力计的动力学方程 比力是比力计即载体的非引力加速度,即惯性加速比力是比力计即载体的非引力加速度,即惯性加速比力是比力计即载体的非引力加速度,即惯性加速比力是比力计即载体的非引力加速度,即惯性加速度与引力加速度之间的向量差。度与引力加速度之间的向量差。度与引力加速度之间的向量差。度与引力加速度之间的向量差。根据:根据:根据:根据:4/13/2
7、02385.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 二二二二 比力及比力计比力及比力计比力及比力计比力及比力计 理想的比力计沿敏感轴方向的输出是运载体的支持作理想的比力计沿敏感轴方向的输出是运载体的支持作理想的比力计沿敏感轴方向的输出是运载体的支持作理想的比力计沿敏感轴方向的输出是运载体的支持作用在比力计外壳上的非引力比力分量。即:比力计输出的用在比力计外壳上的非引力比力分量。即:比力计输出的用在比力计外壳上的非引力比力分量。即:比力计输出的用在比力计外壳上的非引力比力分量。即:比力计输出的只是非引力比力分量。只是非引力比力分量。只是非引力比力分量。只是非引力比力分量。将将将将沿
8、敏感轴方向去分量:沿敏感轴方向去分量:沿敏感轴方向去分量:沿敏感轴方向去分量:4/13/202395.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 讨论讨论讨论讨论:地心系近似为惯性参考系时所带来的误差地心系近似为惯性参考系时所带来的误差地心系近似为惯性参考系时所带来的误差地心系近似为惯性参考系时所带来的误差 对时间取导:对时间取导:对时间取导:对时间取导:地球相对惯性参考系的动力学方程:地球相对惯性参考系的动力学方程:地球相对惯性参考系的动力学方程:地球相对惯性参考系的动力学方程:4/13/2023105.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 沿输出轴取分量,并考虑沿
9、输出轴取分量,并考虑沿输出轴取分量,并考虑沿输出轴取分量,并考虑 4/13/2023115.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 近似:近似:近似:近似:误差:误差:误差:误差:数量级:数量级:数量级:数量级:4/13/2023125.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 二二二二 比力及比力计比力及比力计比力及比力计比力及比力计 几种特殊情况:几种特殊情况:几种特殊情况:几种特殊情况:当比力当比力当比力当比力计计计计沿地垂沿地垂沿地垂沿地垂线线线线自由下落自由下落自由下落自由下落时时时时:当比力计静止不动时:当比力计静止不动时:当比力计静止不动时:当比力计静止
10、不动时:当比力计敏感轴垂直于地垂线时:当比力计敏感轴垂直于地垂线时:当比力计敏感轴垂直于地垂线时:当比力计敏感轴垂直于地垂线时:4/13/2023135.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 三三三三 地球重力场地球重力场地球重力场地球重力场 当载体在近地表面运动时,比力计所敏感的比力为:当载体在近地表面运动时,比力计所敏感的比力为:当载体在近地表面运动时,比力计所敏感的比力为:当载体在近地表面运动时,比力计所敏感的比力为:4/13/2023145.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 三三三三 地球重力场地球重力场地球重力场地球重力场载体相对于地球的运动速度载
11、体相对于地球的运动速度载体相对于地球的运动速度载体相对于地球的运动速度 重力是地球的引力与因地球自转而产生的离心力的合力:重力是地球的引力与因地球自转而产生的离心力的合力:重力是地球的引力与因地球自转而产生的离心力的合力:重力是地球的引力与因地球自转而产生的离心力的合力:在测量坐标系在测量坐标系在测量坐标系在测量坐标系b b中:中:中:中:而而而而 4/13/2023155.1 5.1 加速度测量的基本原理加速度测量的基本原理 当载体相对地球运动时,加速度计的敏感量包括四项:当载体相对地球运动时,加速度计的敏感量包括四项:当载体相对地球运动时,加速度计的敏感量包括四项:当载体相对地球运动时,加
12、速度计的敏感量包括四项:三三三三 地球重力场地球重力场地球重力场地球重力场 载体相对地球的运动速度在测量坐标系中的变化率载体相对地球的运动速度在测量坐标系中的变化率载体相对地球的运动速度在测量坐标系中的变化率载体相对地球的运动速度在测量坐标系中的变化率 测量坐标系相对地球的转动所引起的向心加速度测量坐标系相对地球的转动所引起的向心加速度测量坐标系相对地球的转动所引起的向心加速度测量坐标系相对地球的转动所引起的向心加速度 因载体运动及地球自转而产生的哥氏加速度因载体运动及地球自转而产生的哥氏加速度因载体运动及地球自转而产生的哥氏加速度因载体运动及地球自转而产生的哥氏加速度 地球在当地的重力加速度
13、地球在当地的重力加速度地球在当地的重力加速度地球在当地的重力加速度 4/13/2023165.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 单自由度无约束摆式加速度计是导航系统单自由度无约束摆式加速度计是导航系统单自由度无约束摆式加速度计是导航系统单自由度无约束摆式加速度计是导航系统中最为常用的一种加速计,这种加速度计工作中最为常用的一种加速计,这种加速度计工作中最为常用的一种加速计,这种加速度计工作中最为常用的一种加速计,这种加速度计工作于闭环状态。于闭环状态。于闭环状态。于闭环状态。液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 挠性摆式加速度计挠性摆式加速度计挠性摆式加速度计挠
14、性摆式加速度计 硅微加速度计硅微加速度计硅微加速度计硅微加速度计 陀螺积分摆式加速度计陀螺积分摆式加速度计陀螺积分摆式加速度计陀螺积分摆式加速度计4/13/2023175.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 一一一一 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 摆性的概念:当有单位重力加速度沿输入轴作摆性的概念:当有单位重力加速度沿输入轴作摆性的概念:当有单位重力加速度沿输入轴作摆性的概念:当有单位重力加速度沿输入轴作用在摆组件上时,绕输出轴所产生的摆力矩由重力用在摆组件上时,绕输出轴所产生的摆力矩由重力用在摆组件上时,绕输出轴所产生的摆力矩由重力用在摆组件上时,绕输出
15、轴所产生的摆力矩由重力矩与浮力矩组成。矩与浮力矩组成。矩与浮力矩组成。矩与浮力矩组成。:摆性:摆性:摆性:摆性:等效摆臂等效摆臂等效摆臂等效摆臂4/13/2023185.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 一一一一 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 4/13/2023195.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 一一一一 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 由信号器、伺服放大器和力矩器所组成的回路,由信号器、伺服放大器和力矩器所组成的回路,由信号器、伺服放大器和力矩器所组成的回路,由信号器、伺服放大器和力矩器所组成的回路,通常称为
16、力矩再平衡回路,所产生的力矩通常称为再通常称为力矩再平衡回路,所产生的力矩通常称为再通常称为力矩再平衡回路,所产生的力矩通常称为再通常称为力矩再平衡回路,所产生的力矩通常称为再平衡力矩。平衡力矩。平衡力矩。平衡力矩。4/13/2023205.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 一一一一 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计 液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:4/13/2023215.2 5.2 摆式加速度计摆式加速度计 一一一一 液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加速度计液浮摆式加
17、速度计 液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:液浮摆式加速度计的运动方程:沿输入轴作用的加速度为:沿输入轴作用的加速度为:沿输入轴作用的加速度为:沿输入轴作用的加速度为:若组件的偏角较大时若组件的偏角较大时若组件的偏角较大时若组件的偏角较大时 ,不仅会降低所要测量加速度的灵,不仅会降低所要测量加速度的灵,不仅会降低所要测量加速度的灵,不仅会降低所要测量加速度的灵敏度,而且还会敏感正交加速度分量敏度,而且还会敏感正交加速度分量敏度,而且还会敏感正交加速度分量敏度,而且还会敏感正交加速度分量交叉耦合效应。交叉耦合效应。交叉耦合效应。交叉耦合效应。4/1
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