伺服式加速度测量

　　伺服式加速度测量是一种按力平衡反馈原理构成的闭环测试系统。图1（a）是其工作原理图，图（b）是其原理框图。它由检测质量m、弹簧k、阻尼器C、位置传感器S_d、伺服放大器S_S、力发生器S_F，和标准电阻R_L，等主要部分组成。当壳体固定在载体上感受被测加速度后，检测质量m相对壳体作位移z，此位移由位置传感器检测并转换成电压，经伺服放大器放大成电流i，供给力发生器产生电恢复力，使检测质量返回到初始平衡位置。系统的运动方程为

　　　（1）

　　式中，S_F为力发生器灵敏度（N／A），对于常用的由永久磁铁和动圈组成的磁电式力发生器，S_F=BL，B为磁路气隙的磁感应强度（T），L为动圈导线的有效长度（m）。

图1　伺服加速度计

　　由于电流i为

　　　　　　　　　　　　　　（2）

式中，S_d为位置传感器的灵敏度（V／m），S_S为伺服放大器的灵敏度（A／V）。

　　将式（3）代入式（2）得关系式

　　　　（3）

　　式中，ω_n为系统无阻尼固有圆频率；ζ为系统阻尼比。它们分别为

　　　　　　　　　　（4）

　　　　　　　　　（5）

　　由式（4）和式（5）可以看出，伺服式加速度计的ω_n和ξ不仅与机械弹簧的刚度和阻尼器阻尼系数有关，还与反馈引起的电刚度S_dS_SS_F有关。因此便可通过选择和调节电路的结构和参数来进行调节，具有很大的灵活性。

　　当系统处于加速度计工作状态时，

　　因此，电压灵敏度Sa为

　　（6）

　　如选用刚度小的弹簧，使其满足S_dS_SS_F>>k，则

　　即S_a仅决定于m、R_L、B和L等结构参数，而与位置传感器、伺服放大器、弹簧等特性无关。若能采取措施使这些参数稳定，不受温度等外界环境的影响，便可达到很高的性能。

　　由于有反馈作用，增强了抗干扰能力，提高了测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量被广泛应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。