微机械陀螺式加速度器的力学分析

孙博华， 刁方印

(南非 开普半岛科技大学 机械工程系，开普敦，南非7535)

惯性导航技术是航空、航天领域中的关键技术之一.飞行器飞行的导航精度控制，主要是由加速度器的精度决定的，加速度器的精度和可靠性直接影响飞行器控制系统的精度和成败.目前所使用的加速度器种类中，摆式积分陀螺加速度器(pendulous integrating gyro accelerometer，简称 PIGA)，或者称陀螺式加速度器，是精度最高的一种加速度器［1－2］.

随着集成电路和硅加工工艺的发展，各种微机电加速度器被开发出来［3－5］.微机械陀螺式加速度器 (pendulous oscillating gyro accelerometer，简 称POGA)［6－7］也是利用微机电技术设计出来的，它具有传统陀螺式加速度器无法比拟的优点，主要表现在以下几方面:体积小、质量轻、可靠性高、能承受恶劣环境条件、寿命长、可批量生产、功耗低、量范围大、半导体子线路集成和成本低等.这些优点，使其在高精度炮弹、炮弹的惯性导航系统、小型卫星和航天器制造等军用领域及汽车防滑刹车系统、安全气囊和自动调整系统、医疗器械、制造玩具等军民用领域均有着广泛的应用前景.

1POGA工作原理

微机械陀螺加速度器的工作原理如图1所示，主要包括陀螺力矩和陀螺效应［6，8］.由图 1 可见，POGA是由摆式加速度器和单自由度陀螺两部分叠加而成.摆式加速度器的作用是感应加速度，而单自由度陀螺是用来使检测质量块回到原来的平衡位置.

图1 PIGA结构Fig.1 PIGA

从图1中可知，摆式加速度器是在对称的框架上加上一个检测质量块组成的.单自由度陀螺……