[发明专利]一种挠性摆式角加速度计及导航系统

说明书

本发明涉及角加速度计领域，具体涉及一种挠性摆式角加速度计及导航系统。角加速度计包括：表头和伺服电路模块；它们依据牛顿力学定律工作，构成完整的闭环反馈，通过感应挠性摆式角加速度计的载体所受的惯性力来直接测量载体的角加速度信号。本发明提出一种精度高、量程大、实时性好、体积小、可靠性高、成本低的能够直接测量载体角加速度信号的基于硅材料的挠性摆式角加速度计。

技术领域

本发明涉及角加速度计领域，具体涉及一种挠性摆式角加速度计及导航系 统。

背景技术

角加速度计是一种直接测量载体角加速度的惯性计，与角位移和角速度的 测量相比，角加速度在动态特性表征方面，能够更直接、更快速、更准确地表 征角运动的高阶特性，尤其在多扰动、变负载、大过载等复杂工况下，能实现 对角加速度的高精度、高动态、高可靠的直接测量与分析。

角加速度计在多种行业及领域中有较为广泛的应用前景：融合角加速度计 的导航系统非常适于大姿态角、大机动状态运动的飞行器控制系统，对于未来 的高机动无人作战飞机，飞行控制系统需要更加即时、准确地获得角加速度信 息，因此角加速度传感器就显得格外重要；在基于过载控制的导弹姿态控制系 统中，当导弹同时绕两个轴转动较大的姿态角时，常规陀螺仪就容易进入死区， 无法准确反映载体的运动情况，因此无法满足战术导弹在全姿态、大机动状态 下的工作需求，采用基于角加速度计的过载控制系统可以较好地实现导弹的大 扇面发射；在卫星姿态控制系统中，伺服转台控制系统中角加速度传感器直接 测量转动力矩，可以有效减少陀螺仪角速度微分带来的高频噪声信号干扰，更 准确地进行转动力矩的补偿控制，提高系统的稳定性；角加速度计还可以用于 人体运动及关节动力学的分析、虚拟现实、石油勘探、地震监测等领域。

目前，角加速度信号通常通过对角速率陀螺的输出信号进行微分计算得到， 但在微分处理过程中，误差、干扰大，并有一定的延迟；也可采用若干个线加 速度计进行测量再经过复杂的信息处理获得角加速度信号，但形式复杂、成本 高；中国专利CN1156677C公开了一种液环式角加速度计，可以直接测量得到 角加速度信号，但其尺寸及质量较大、精度低、量程小，并且生产成本高，仅 适用于有限的特定场景。

发明内容

本发明的目的是：提出一种精度高、量程大、实时性好、体积小、可靠性 高、成本低的能够直接测量载体角加速度信号的基于硅材料的挠性摆式角加速 度计。

技术方案：

一种挠性摆式角加速度计，其特征在于，包括：表头和伺服电路模块；它 们依据牛顿力学定律工作，构成完整的闭环反馈，通过感应挠性摆式角加速度 计的载体所受的惯性力来直接测量载体的角加速度信号；

其中，表头用于感应载体所受的惯性力；产生感应电流，并将感应电流输 送给伺服电路模块；伺服电路模块用于对感应电流进行处理，将感应电流转化 为用于表征载体的角加速度的电压。

表头包括：磁钢、下电容极板、检测质量组件、上转接极板、壳体；下电 容极板、检测质量组件、上转接极板由下至上依次放置在磁钢之上；

其中，检测质量组件是角加速度计的核心组件，它包括依次固连的力矩器 线圈、第一垫块、摆片、第二垫块；

磁钢用于稳定地提供均匀的磁场；壳体具有磁导能力，磁钢固定于壳体内 底面；下电容极板是具有绝缘导热功能的底盘，底盘上表面设置有中心对称的 两个镀金区；摆片包括定片、动片和挠性梁；动片通过挠性梁与定片固连，动 片能在惯性力的作用下绕挠性梁旋转摆动；两个镀金区构成了差分电容器的定 区；动片构成了差分电容器的动区；动片和下电容极板共同组成差动电容计； 力矩器线圈和磁钢构成了永磁式力矩器；上转接极板也是具有绝缘导热功能的 底盘，底盘上有金膜镀成的导带，用来转接差动电容计和永磁式力矩器的电信 号。

摆片优选的材料为单晶硅材料。

第一垫块和第二垫块优选材料为高比重合金材料。