1.2.2 国内研究现状

1.3 本课题研究的目的与意义

理想的加速度计是一个线性系统，输入加速度和输出信号之间呈严格的线性关系。但实际应用中，任何加速度计都是非线性系统，只能在满足精度要求的条件下作近似地非线性测量。加速度计的实际输入输出曲线对于理想线性输入输出曲线的偏离程度，称作加速度计的非线性。

谐振梁加速度计应用场合不同，其非线性指标要求不同。例如，军用级加速度计的精度等级高，表征加速度的公式十分复杂；而商业级加速度计的非线性特性只需要基本公式即可。为了成功开发出特性符合要求的谐振梁加速度计，加速度计的等级、实验仪器的功能以及所需的环境控制方法都必须考虑在内。

由于谐振梁加速度计固有的力—频率关系特性是非线性的，这些非线性项使得用于计算加速度的方程呈现二阶、三阶甚至更高阶次[11][12]。在一定的加速度输入范围内，高阶非线性项数值相对较小，可忽略不计。但在特定的大量程测量应用中，非线性特性的影响不可忽视,故需对此进行补偿或修调。

本毕业设计的目的是通过谐振梁加速度计的理论研究以及大量程试验，分析大量程非线性的影响因素，建立谐振梁加速度计大量程非线性模型，为提高谐振梁加速度计性能提供理论依据。

1.4 论文主要工作

本论文的内容包括以下几个方面：

（1）建立谐振梁加速度计大量程非线性理论模型

在谐振梁加速度计工作原理的基础上，建立谐振梁的固有频率、有轴向力作用时谐振频率的理论模型。基于上述频率公式，建立谐振梁加速度计大量程非线性的理论模型，并进行分析。

（2）谐振梁加速度计仿真分析

采用Ansys软件针对谐振梁加速度计进行仿真建模，对有预应力存在时谐振梁的振动进行模态分析和仿真计算，开展谐振梁加速度计大量程非线性的仿真研究，完成理论模型的仿真验证。

（3）分析大量程试验结果与完善非线性模型来!自~751论-文|网www.751com.cn

进行重力场1g静态翻滚试验和高g精密离心机试验，并对结果进行数据处理，分析大量程非线性的影响因素，在此基础上完善谐振梁加速度计大量程非线性模型。

2 谐振梁加速度计的工作原理

2.1 基本工作原理

谐振梁加速度计由质量块、DETF（双端固定音叉）谐振器、杠杆放大机构和支撑结构组成，如图2.1所示。其中，DETF谐振器包括驱动检测梳齿和作为敏感元件的谐振梁两个部分。质量块受到沿谐振梁轴向的加速度作用产生惯性力，经杠杆放大机构施加到谐振梁上，使得两侧的谐振梁一个被拉伸、一个被压缩。相应地，谐振频率按照与加速度存在的确定关系发生变化。

图2.1中，加速度计采用两个相同的DETF谐振器对称分布组成差动结构。对谐振梁谐振频率进行差分处理推算被测加速度，可在一定的程度上减小非线性、增大灵敏度、减小温度等环境因素的影响。