加速度计悬丝断裂失效分析及工艺控制

　　0 引言

　　惯性导航加速度计是惯导系统的关键元件之一，用来测量运载体的加速度值。以此为基础，经过解算还可以得到运载体的速度与距离参数。加速度计被广泛地用于火箭、导弹、飞机、空间飞行器、舰船等的惯导系统。摆式加速度计能够承受较大的加速度，有较宽的量程和较高的精度; 因此，该类型的加速度计一直在各国的弹道导弹中占据着重要位置[1]。

　　某型加速度计是某重点型号导弹的关键器件，在使用 Fluke187 型万用表测试静态电阻过程中，陆续出现 4 只加速度计悬丝断裂故障，经失效分析确认为过载断裂。故障定位过程中发现，使用 Fluke187 型万用表测试加速度计摆线圈电阻时，加速度计发出“咔哒”声。对加速度计的开盖测试，发现使用 Fluke187 型万用表测试加速度计摆线圈电阻时存在摆线圈满偏、打摆现象。使用Fluke17B 型万用表测试加速度计摆线圈电阻时不存在摆线圈满偏、打摆现象。本研究通过分析该型加速度计工作原理，理论计算、分析测试影响，定位悬丝断裂失效原因，并制定相应的工艺控制措施。

　　1 加速度计组成及工作原理

　　加速度计组成如图 1 所示。由惯性摆、悬丝、永磁铁组成电磁力矩传感器，惯性摆是加速度计的敏感元件，在惯性摆上刚性地固定着涡流片。由 2 个具有相同电感量的对称的线圈组成角位置传感器，按推挽差动线路连接在变换器上。涡流片刚性固定在惯性摆上，并且放置在线圈之间。

　　在没有加速度作用时，涡流片处于线圈的中间，在平衡状态，线圈的对称性不受破坏，变换器的输出没有直流电压。

　　当线性加速度作用到惯性摆上时，使它离开平衡位置，产生力矩，即

　　式中: Mg为作用的惯性力矩; m 为惯性摆的质量;a 为作用的加速度; r 为从悬丝到惯性摆质量中心的距离。

　　涡流片与惯性摆一起移动，这时线圈的对称性被破坏，改变了它的电感量和 Q 值。在 Mg力矩的作用下，惯性摆的偏转变换成了( 通过加速度计的角度传感器) 直流电信号。从变换器出来的信号加到放大器上，被放大的信号又以直流形式加到惯性摆。沿着惯性摆里的电流与永磁铁的磁场相互作用，产生反作用力矩 Mp，它阻碍摆锤相对平衡位置的偏离，即

　　式中: B 为永磁铁在空气间隙中的磁感应强度; W为惯性摆线圈的圈数; Lp为惯性摆的平均长度; I为惯性摆线圈的电流; r'为电弹簧的作用力臂。

　　在平衡状态( r = r') 时，Mg= Mp，即

　　这个量值说明加速度计的电流特性，称其为加速度计的刻度系数。将电阻与框架线圈串接时，得到与加速度成正比的直流电流信号[2]。