第三章-2惯性量的测量案例分析.ppt

线加速度传感器 加速度计用来测量飞机运动的加速度并输出加速度信号。 线加速度传感器 简单式线加速度传感器 线加速度传感器 简单式线加速度传感器 线加速度传感器 简单式线加速度传感器 线加速度传感器 线加速度传感器 线加速度传感器 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 陀螺仪 课后习题 * * 第三章 测量与传感器 第二节 惯性量的测量 南京航空航天大学金城学院 赵宾 2010，11 线加速度传感器 角加速度传感器 角加速度信号可以通过速率陀螺仪与微分电路得到。 线加速度传感器功能 装在飞机质心处 感受和测量飞机的法向加速度、纵向加速度和侧向加速度。 线加速度传感器结构与工作原理 工作原理： 电刷位移=敏感质量块位移-壳体位移 得到相应传递函数： 式中： 线加速度传感器结构与工作原理 当稳态时： 上式表明，当飞机做等加速度运动时，敏感质量块惯性力 与弹簧力 大小相等，方向相反，从而使质量块处于平衡位置x。 输出电压： 得到： 线加速度传感器的输出电压正比于飞机线加速度计，相位差180° 单位加速度所产生的相对位移量定义为线加速度传感器的分辨率： 可见，线加速度的分辨率反比于其固有频率的平方，即弹簧刚度越小，质量块的质量越大，线加速度传感器的分辨率就越高。 线加速度传感器结构与工作原理 优点：构造简单，价格低 缺点：电刷与电位计的摩擦力较大，线性特性差，灵敏度低 为解决上述问题，用力矩系统代替弹簧，增加浮子式阻尼器 浮子摆式加速度传感器 线加速度传感器结构与工作原理 浮子摆式加速度传感器 组成： 浮子摆组合件，力矩器，信号传感器 放大器，密封壳体 浮子摆组合件---单摆，浮筒，信 号传感器转子和 力矩器转子 工作原理： 与简单线加速度传感器相同 单摆相当于活动质量块 线加速度传感器结构与工作原理 浮子摆式加速度传感器 根据力矩平衡，得到加速度计传感器输出的电压为： 挠性摆式力矩反馈加速度传感器 当具有加速度a时，摆组件质量m产生惯性力，并对挠性轴产生惯性力矩M=mla。 力矩M使摆组件绕输出轴转动，角位移传感器将该角度位移转换为电信号，并放大调解为直流信号输出。 力矩器线圈输入电流，产生电磁力产生恢复力矩 线加速度传感器结构与工作原理 挠性摆式力矩反馈加速度传感器 输出电流与输入加速度成正比。 优点：高精度，高可靠性 作为主要的导航级加速度计，在惯性领域得到广泛的应用。 精确测量飞行器的姿态角、航向角和角速度。 以经典力学为基础的陀螺仪---刚体转子陀螺仪、流体转子陀螺仪和振 动陀螺仪 以非经典力学为基础的陀螺仪---激光陀螺仪，光导纤维陀螺仪，压电 晶体陀螺仪，粒子陀螺仪和核子共振陀螺仪 刚体转子陀螺仪仍是学习陀螺仪基本理论的基础 高速旋转的物体即为陀螺，为测量运动物体的角位移或角速度，用支架把高速旋转的转子支撑起来即构成陀螺仪---刚体转子陀螺仪。 核心：绕自转轴高速旋转的刚体转子。 自转轴相对于基座有一个或者两个转动自由度： 二自由度陀螺 单自由度陀螺 二自由度陀螺仪 基本结构和组成 内环和外环组成的框架装置叫做万向支架。 自转轴和内环轴相互垂直且相交，内环轴和外环轴相互垂直且相交。三轴相交于一点 ---万向交点。 对于自转轴，仅具有绕内环轴和外环轴两个轴的转动自由度。 二自由度陀螺仪 特性 1）进动性 二自由度陀螺仪受外力矩作用时，若外力矩绕内环轴作用，则陀螺仪绕外环轴转动。 若外力矩绕外环轴作用，则陀螺仪绕内环轴转动。 二自由度陀螺仪 特性 陀螺仪的转动方向与外力矩的作用方向相垂直的特性，称为陀螺仪的进动性。---二自由度陀螺的基本特性 陀螺进动角速度的方向取决于角动量的方向和外力矩的方向。 右手定律 从角动量L沿最短的路径握向外力矩M的右手旋进方向即为进动角速度的方向。 二自由度陀螺仪 特性 进动角速度的大小，取决于角动量的大小和外力矩的大小。 当角动量为一定值时，进动角速度与外力矩成正比； 当外力矩为一定值时，进动角速度与角动量成反比。 2）陀螺力矩 产生机理：Coriolis效应 外界对陀螺仪施加力矩使其进动时，陀螺仪必然存在反作用力矩，大小和外力矩相等，方向与外力矩相反，并且作用在施加力矩的物体上---陀螺力矩 二自由度陀