液浮飞轮式精密角加速度计

　　一、概述

　　任何物体的运动可分为线运动和角运动两部分，为了全面了解物体的运动状况，角运动量的测定具有十分重要的意义。例如，在航天技术中需要测定和控制火箭、导弹、卫星的角运动姿态，国外最近已出现用一个角加速度计和两个线加速度计组成惯导方案，以替代陀螺，降低成本和提高精度;在航海研究中，需要测试波浪对船体摇摆的影响，以确定船舶的　　性能指标，舰船的自动舵和消摇装置中需要用角加速度计作为反馈元件;此外在机器人机构分析、人体各转动部位受冲击载荷作用的动力学分析以及石油勘探、地震监测等方面均要用　　到角加速度的参数。因此在相当广泛的领域中提出了对角加速度的测量问题。但是国内直接测定角加速度的仪器，特别是高灵敏度和高精度的角加速度计尚属空白，国外亦很少见到。现将本角加速度计与所收集到的部分国外仪器的性能参数列于表1。

　　二、工作原理

　　本角加速度计采用液浮惯性飞轮直接敏感角加速度。它由传感器和二次仪表两部分组成，其结构示意图如图1所示。传感器部分由飞轮浮子(6)、角度传感器(l)、力矩器(3)、支承部件(4)、浮液(7)、温控装置、导电游丝和密封壳体等部件组成。在质量均匀分布的浮子飞轮的两端分别装有角度传感器和力矩器的动圈，并用宝石垫和球形轴尖支承于压电激振支承　　飞轮组件悬浮于与组件等比重的氟油中，控制氟油的温度可以改变氟油对飞轮组件的浮力，使飞轮呈全浮状态，这样大大降低了支承的摩擦力，提高浮子飞轮对角加速度测量的灵敏度，同时氟油还对索统提供一定的阻尼和温控作用，并大大提高了仪表的可靠性。

　　角加速度计的二次仪表包括对角加速度传感器输出信号处理的伺服回路和对氟油进行温控的精密控制电路，以及为压电激振支承提供激励电压的信号源。二次仪表与传感器之间通过电缆相连，其组成框图如图2所示。

　　角加速度计的工作原理叙述如下：图3所示为飞轮截面，其质量沿圆周均布。当壳体受到自右向左的线加速度a作用时，上下两半飞轮同时产生大小相等、方向相反的惯性矩，飞轮　　相对壳体不会发生转动，角度传感器的输出为零，这说明它对线加速度输入不敏感。当壳体受到角加速度石作用时，飞轮的惯性矩使飞轮相对壳体转过a角度，于是一端的角度传感　器就是信号输出，信号大小和转角a成正比，即正比于夕，这一信号经过放大、滤波、解调、功放后形成一个与J成正比的电流￡加到位于飞轮浮子另一端的力矩器中，产生一个　和惯性矩相反的恢复力矩使飞轮回复到零位附近，这时惯性力矩和恢复力矩平衡，信号电流f的大小即与被测的角加速度成正比。