谐振式微加速度计的测量原理解析

在2.1节中讨论的谐振式传感器的工作原理，其闭环系统中的谐振器对外界被测量的敏感是由谐振元件实现的，即谐振元件谐振频率随外界被测量的改变而改变。对于弱阻尼系统，谐振频率主要由系统的固有频率决定。而由式（2.3）可以看出，系统的固有频率与其刚度和质量有关。那么，将被测量加载于谐振元件上，当其发生改变时，使谐振敏感元件的刚度或质量随之变化，则系统谐振频率也将随之改变。通过谐振器的闭环系统测量敏感元件谐振频率的变化量来测量被测量。通常的方法是通过作用力改变谐振元件刚度来实现上述测量。

谐振式微加速度计就是将质量块所产生的惯性力加载于谐振敏感元件上来改变谐振元件刚度。那么，谐振式微加速度计工作时物理量的变化过程为：加速度→力→刚度→频率（检测）。其工作原理及物理量的变化过程可以用图5.18表示。

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图5.18　谐振式加速度计的工作原理

由图5.18可以看出，谐振式微加速度计必须包括两大部分：第一部分为惯性力产生和放大部分，实现加速度信号到力信号的转变；惯性力放大是为了减小质量块体积，使加速度计结构紧凑，提高谐振元件对加速度的敏感程度（灵敏度）。第二部分为谐振器部分，实现力信号到频率信号的转变和检测。

在微加速度计中，通常选用振动梁式谐振元件，振动形式多采用弯曲振动。这是因为弯曲振动梁式谐振元件具有结构简单、制作精度高、可以获得很高的品质因子且对被测量敏感程度高等优点。