某型加速度计悬丝断裂故障分析

　　1 问题的提出

　　加速度计广泛用于战机导弹惯性导航系统，为系统提供空间三个方向的线加速度。某型加速度计采用了悬丝扭转支撑代替传统的轴承支撑，加速度范围大，功耗低，抗环境振动能力强。分析该型加速度计在使用中的故障，并提出改进措施，对加速度计的可靠性研究具有重要意义。

　　该型加速度计装机后在做多次高低温和多次机械抖振的可靠性增长试验时，1 只产品出现了无输出故障现象。用万用表检查故障加速度计绝缘电阻和力矩器电阻时，绝缘电阻满足技术规范要求，力矩器电阻无穷大，通过进一步开壳解剖，发现摆组件悬丝出现断裂，摆组件线圈电阻及传感器线圈电阻均正常。

　　2 加速度计系统组成结构

　　悬丝支承的线加速度计是利用惯性原理测量线加速度的力平衡式加速度计，由敏感元件摆组件、测量位移的电涡流位移传感器、平衡惯性力的力矩器及伺服电路组成闭环控制系统，其结构原理图如图 1 所示。

　　敏感元件摆组件主要由悬丝支撑，悬丝两头由焊料焊接在底座支承柱上，实物如图 2 所示。

　　3 故障机理分析

　　攻关小组采用故障树分析方法 ( 简称 FTA) ，根据加速度计的结构特征、以往的工作经验和使用试验过程中出现过的故障，对可能造成悬丝断裂的各个环节进行综合分析，建立了悬丝断裂故障树图，见图 3。

　　该故障树为单调关联故障树，存在 9 个互相独立的底事件 ( 原因事件) ，攻关小组依次对 9 个原因事件进行分析，用排除法找出该加速度计悬丝断裂的原因，分析结果见表 1。

　　从表 1 可以看出，外接电源不当是导致该加速度计悬丝断裂的主要原因。

　　4 故障复现试验

　　故障复现是故障归零的一个必要步骤，是对故障定位准确性、故障机理分析正确性的试验验证。攻关小组抽取 12 只同批次产品进行故障复现试验，人工模拟加速度计外接电源不当的三种情况进行试验，即电源缺项 ( 正电源或负电源断开) 、正负电源接反、接线端短路。每种情况操作一次，加速度计悬丝进行一次小角度扭转，通过反复操作观察悬丝的断裂情况。试验结果发现，12 只产品中有 6 只产品悬丝断裂，试验累计次数分别为 500 次、1200 次、1500 次、3100 次、8500 次、10000 次，其余产品试验 20000次悬丝未断裂。断裂悬丝经过断口分析，分析结果均为过载断裂，这与故障产品悬丝断裂模式一样，得出加速度计在使用过程中外接电源不当能够导致悬丝断裂。从加速度计的结构特点看，加速度计本身具备一定的抗外接电源不当能力，试验也可以看出外接电源不当累计次数达到 500 次以上悬丝断裂，一半产品外接电源不当累计次数 20000 次均未断裂，所以产品个体之间存在一定差异，经分析导致差异的原因主要是悬丝焊接时预应力过大。