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加速度计是测量载体惯性加速度的仪器,也是旋转加速度计重力梯度仪(GGI)的主要部件。目前,国产加速度计的测量精度都在2×105g左右,远远不能满足GGI的需要。并且,通常情况下所使用的加速度计标度因子都是固定的或者只能静态调整,而GGI要求加速度计的标度因子动态可调。所以设计一个高精度、标度因子可调的加速度计对于重力梯度仪系统的研制具有重要意义。
本文详细论述了一种用于旋转加速度计重力梯度仪的石英挠性摆式加速度计的结构设计和仿真分析。在分析石英挠性摆式加速度计工作原理的基础上,针对挠性摆式加速度计结构,利用计算机进行了一系列的仿真,给出了其性能特点。本文根据有限元分析原理和ANSYS软件,对加速度计进行了力学分析和磁场分析,主要工作如下:
建立了加速度计整体式石英摆片的有限元分析模型,对模型进行了有限元静力学和动力学分析,获得了摆片的整体受力状况,计算出石英摆片的最大挠度。通过对结构的模态分析,确定了该模型的各阶固有频率和模态振型。
建立了加速度计的磁场模型,进行了磁场分析。通过加速度计的二维电磁场分析,获得了其磁力线分布、磁通密度分布、磁通矢量分布等信息,并从结果中提取了工作气隙的磁感应强度的值。
根据旋转加速度计重力梯度仪的工作原理,对该仪器用的加速度计进行了标度因子连续可调研究,通过给加速度计磁钢周围增加附加载流线圈,微调加速度计工作气隙的磁场,从而实现加速度计标度因子动态可调。
本论文对加速度计静力学分析、动力学分析以及电磁场分析的计算结果,提高了加速度计的动、静态性能,并且实现了标度因子动态可调,为旋转加速度计重力梯度仪系统的设计提供了理论依据,也为进一步提高加速度计的精度提供了技术支撑。