采用线加速度计的转速测量新方法

　　0　引言

　　精密位置转台用于计量和标定测试,包括单轴、两轴和三轴转台,主要用于提供转动轴系和角度基准,应用于机械制造、计量测试、光学测量、航空航天等各领域。近年来,在航空航天方面,测绘相机以及对各种星上敏感器的标定,都应用了高精度的位置转台[1-3]。

　　该实验中的两轴精密转台里面已有21位的感应同步器作为测角元件,理论上能通过感应同步器来得出转台速度,从而形成速度反馈,但多次实践证明,通过感应同步器形成速度环是不可行的,此两轴精密转台在当初设计时并没有安装测速机。因此,要形成速度环反馈,必须另寻途径。近年来随着微电子技术特别是MEMS技术的迅速发展,作为惯性测量元件的线加速度计的制造技术也日趋成熟,线加速度计的各项性能指标得到了长足的提高。该课题选用的加速度传感器3028-002具有价格低廉、体积小、抗冲击、质量轻、安装方便、可靠性高等优点。

　　1　3028型PCB安装式加速度计

　　3028型加速度计是一种硅压阻式加速度计。硅压阻式加速度计由在硅片上的悬臂梁形成的微型质量模块组成。质量模块上的电阻值随着悬臂梁的运动而变化[4]。实验中采用的　　3028-002型线加速度计,采用陶瓷基座并带有一个安装板,可以方便地进行安装联接。在硅片的上部和下部分别制作一个过载保护机械装置。这种设计可以提供一种非常简单的结构,　　高的抗冲击能力,长寿命及宽的响应带宽。该加速度计对正加速度输出电压增加,负加速度输出电压减小。其测量范围为-2g~2g,该线加速度计对工作温度比较敏感,不接外围电路时,　输出电压为差分输出,因此通过设计外围电路对其进行温度补偿,对其输出电压进行放大并转变为单引脚输出。该型加速度计的每个产品都包含其自身的校准数据单,校准数据单提供了测量测试和校准数据,另外,测试数据也包括校准和温度补偿电阻值。其标准温度补偿和放大电路如图1所示。

　　线加速度计的差分输出V1和V2分别加到第一级差分式电路的同相端,Rs和R2、R3(均为100 kΩ)组成的反馈网络,引入了深度的电压串联负反馈,两运放A1,A2的两输入端形成虚短和虚断[5],故有

　　经过外围电路后,2g加速度对应的输出电压为4·5 V,-2g加速度对应的输出电压为0·5 V,当线加速度为零时,其电压输出为2·5 V.由于输出电压与线加速度之间为线性关系,可以得出加速度与输出电压的关系:

　　a=(V-2·5)·g(3)

　　式中g为重力加速度。

　在图2中,刚体上P点在Δt时间内沿半径为r的圆周走过的路程为Δs,则在Δt时间内转过的角位移为Δθ,根据几何关系,有: