加速度计在测斜仪中的应用

    一、概述

    随着国民经济建设的发展，需要使用测斜仪的工程日益增多，例如水库土石坝工程，城市高层建筑基础地坑挖掘工程，露天矿床开采工程等等。所谓测斜，即土体岩基监测基准面相对原始位置的倾斜变形的测量。测量地球重力加速度矢量相对被测基准面之间的位置参数是测斜的基本原理，从悬吊重锤用肉眼瞄堆直到目前最先进的力平衡伺服加速度计测斜仪都是基于这一原理。

    最简单的测斜仪，就是用悬吊摆为敏感元件，在摆的活动端固联一电刷，在测斜仪壳体上则安装有电位计，摆相对壳体倾摆时，电刷在电位计表的滑动，由电位计将摆相对壳体的倾摆角位移变换成电信号输出，对电位计输出电信号与摆相对壳体倾斜的角度的对应关系进行标定以后，就可用来侧量倾斜。

    悬挂摆—电位计式测斜仪测量最小倾斜角的能力受电位计的分辨率的限制，测量精度不可能很高，如把悬挂摆的悬挂系统改成弹性簧片，在弹性簧片两侧粘贴二个应变片，使应变片构成一差动可变电阻传感器，用这种传感器代替电位计，可大大提高测斜仪的分辨微小倾斜角的能力。这种簧片悬挂摆一应变片式测斜仪同样是开环测量仪器，它的测量精度受簧片悬挂系统，差动可变电阻位移传感器及其输出放大电路的精度所限制，仍不能提供很精确的测量信息和较宽的测量范围。

    力平衡伺服加速度计被用于测斜仪以后，大大改观了测斜仪的面貌，一般的力平衡伺服加速度计的阂值，分辨率可不大于1X10一馆，线性度不大于2X15一，，即从只是几角秒至几十度的倾斜位移。灵敏的力平衡伺服加速度计也能检测出来，这就使测斜仪的测量精度和测量范围得到很大的改善。

    目前，国外已采用力平衡伺服加速度计做测斜仪的敏感元件，本文讨论力平衡伺服加速度计的原理及其在测斜仪中的应用。

    二、力平衡伺服加速度计的工作原理

    当物体不受任何外力作用时，它将保持其原来的运动状态，而在有外力作用时，其运动状态就会发生变化，且其运动加速度与其质量的乘积与外力的合力相等，这就是牛顿第一定律和牛顿第二定律。加速度计的工作原理就是基于牛顿第二定律所阐述的原理。

    图1中给出了一个力平衡伺服加速度计的原理示意图。图中m为一检测质量块，其上固本联一差动电容传感器C的定极板与壳体相固联，当加速度计所固联的载体有图示方向的加速度a时，检测质量块m由于惯性相对壳体向下运动，它带动差动电容传感器C的动极板，使动极板相对上、下定极板的间隙发生变化。平行极板间的电容由下式确定，即