









石英挠性加速度计是一种基于石英材料挠性支撑结构的高精度惯性传感器,具有稳定性强、抗冲击性好、分辨率高等特点,广泛应用于航空航天、船舶导航、石油勘探、监测等领域。以下是国内外常见的型号及其特点:
###**一、国外主流型号**
1.**Honeywell(霍尼韦尔)系列**
-**QA750**:经典工业级型号,量程±50g,三轴加速度计型号,精度优于1mg,适用于飞行控制系统和稳定平台。
-**QA2000/QA3000**:型号,采用闭环力反馈技术,零偏稳定性达10??g量级,多用于姿态控制和精密制导系统。
-**RBA500**:抗辐射加固设计,适应太空环境,用于深空探测器和载荷。
2.**NorthropGrumman(诺斯罗普·格鲁曼)**
-**A4/A6系列**:微型化设计,A4量程±10g,A6扩展至±50g,适用于和战术的惯性导航模块。
3.**KVH1750IMU**
集成三轴石英加速度计与光纤陀螺,动态范围宽(±20g),适合高机动性载具的导航与姿态控制。
###**二、国内典型型号**
1.**航天科技集团系列**
-**JN-06/JN-10**:JN-06量程±20g,零偏重复性0.1mg;JN-10精度更高,用于长征系列运载火箭的姿态调控。
-**HT-250/HT-500**:耐高温型号(-55℃至+125℃),适用于火箭发动机振动监测和高温环境测试。
2.**中电科CQG系列**
-**CQG-10/CQG-20**:民用高型号,CQG-10量程±10g,适用于监测和桥梁健康检测;CQG-20精度提升,用于地质勘探设备。
3.**高校及研究所型号**
如哈工大研制的**HQF-1**型,采用数字化补偿技术,温漂误差降低至0.5mg/℃,适用于高精度惯性测量单元(IMU)。
###**三、选型要点**
-**量程与精度**:工业级(±50g,1mg)vs.战略级(±10g,3轴加速度计型号,0.01mg)。
-**环境适应性**:型号需满足宽温、抗冲击(≥1000g)、抗辐射等要求。
-**接口与功耗**:部分型号支持RS422、CAN总线,功耗从1W到5W不等。
部分型号因涉及用途未公开详细参数。随着MEMS技术的发展,石英挠性加速度计正向微型化、智能化方向演进,与光纤陀螺的组合导航系统成为主流解决方案。
石英挠性加速度计标度因数

石英挠性加速度计标度因数是其性能参数之一,表征单位输入加速度与输出信号之间的线性比例关系,通常以mV/(m/s2)或mA/g为单位。该参数直接影响加速度测量的精度和稳定性,三向加速度计型号,尤其在航空航天、惯性导航等高精度领域具有重要意义。
###标度因数影响因素
1.**材料特性**:石英材料的热膨胀系数和弹性模量温度敏感性会导致标度因数漂移。温度升高时,挠性梁刚度变化直接影响摆片摆幅,进而改变灵敏度。
2.**结构设计**:双挠性支撑结构(悬臂梁+扭转梁)的对称性偏差会导致横向灵敏度增大,交叉轴耦合误差可达10^-3量级。关键尺寸(如摆片厚度20-50μm,挠性梁宽度0.1-0.3mm)的加工精度需控制在±0.5μm内。
3.**电路特性**:力反馈回路的电流-力矩转换系数稳定性直接影响标度因数。典型闭环系统采用脉宽调制电路,其时钟抖动需小于10ps,电流源温度漂移应低于50ppm/℃。
4.**安装误差**:传感器与载体的安装偏角每偏差1",将引入约0.03%的标度因数误差。
###优化技术
-**温度补偿**:采用数字补偿算法时,通过内置温度传感器(分辨率0.1℃)建立二阶温度模型,可将温度系数从200ppm/℃降至5ppm/℃以下
-**结构优化**:双轴离子束刻蚀工艺可使挠性梁尺寸精度提升至±0.1μm,配合应力释放退火工艺,降低残余应力60%以上
-**电路改进**:采用Σ-Δ调制器替代传统PWM,量化噪声降低40dB,配合自动归零技术,零偏稳定性可达5μg/√Hz
###标定与验证
动态标定采用离心机测试(加速度范围±50g,不确定度<10^-4),静态标定使用精密倾斜台(角度分辨率0.1")。典型标度因数重复性应优于50ppm,经三次多项式补偿后非线性误差可控制在0.01%FS以内。
在实际应用中,需建立周期性标定制度(建议每500工作小时复校),并结合在线温度补偿模块,确保全温区(-55~+85℃)内标度因数稳定性优于100ppm。通过上述综合优化,现代石英挠性加速度计标度因数稳定性可达10^-5/年量级,满足长航时导航系统需求。

石英挠性加速度计是一种基于惯性原理的高精度传感器,其结构由石英材料与精密机械设计结合而成,主要包含以下关键部件:
1.**石英挠性梁**
作为弹性元件,通常由单晶石英通过光刻或微加工技术制成薄片结构,厚度可达微米级。石英的高弹性模量和低热膨胀系数赋予梁优异的机械稳定性。其的挠性设计(如E型或双端固定结构)允许在敏感轴方向产生可控形变,同时约束其他自由度,确保线性响应。
2.**惯性质量块**
由高密度材料(如钨合金)制成,通过微焊接或粘接固定于挠性梁末端。质量块在加速度作用下产生惯性力,驱动挠性梁弯曲变形,其位移量与加速度成正比。质量块设计需平衡灵敏度与结构刚度,通常采用对称布局以减小交叉耦合误差。
3.**电容检测系统**
由固定电极与质量块附着的动电极构成差分电容结构。挠性梁形变导板间距变化,通过载波调制技术检测电容差值,灵敏度可达亚纳米级位移识别。极板常镀金以提高导电性,云南加速度计型号,并采用真空封装减少空气阻尼干扰。
4.**力反馈闭环系统**
包含永磁体、力矩线圈及伺服电路。当检测到位移时,电路生成反馈电流驱动线圈,产生与惯性力平衡的洛伦兹力,使质量块回归零位。反馈电流经精密采样电阻转换后输出加速度信号,该闭环设计大幅提升线性度和动态范围。
5.**温度补偿模块**
集成微型温度传感器和补偿算法电路。石英虽具低热敏感性,但细微温度漂移仍通过数字滤波或材料匹配(如选用殷钢支架)进行实时校正,确保全温域稳定性。
6.**真空密封壳体**
采用金属-陶瓷封装技术,内部维持10^-3P真空以消除气体阻尼。外壳多层电磁屏蔽设计有效隔离外部磁场与机械振动,同时通过热膨胀匹配焊接确保长期气密性。
这些部件协同工作,使石英挠性加速度计在航空航天、惯性导航等领域实现μg级分辨率与10^-5量级的非线性精度,其结构设计充分体现了微机械系统的高集成与材料特性优化。
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