加速度计测量模型及比力测量原理详解

加速度计不能把载体的总加速度(相对于惯性空间)与由引力场引起的加速度分开。实际上,加速度计能测量空间真实加速度与引力加速度之差,该量值是作用在加速度计上的每单位质量的非万有引力,该力称为作用在加速度计上的比力。

由牛顿第二定律可知,力F作用在质量为m的物体上,会使物体相对于惯性空间做加速运动。加速度a可以由下式给出：

图5.16　一种简化的加速度计

通过测量载体所包含的一块小质量所受的力,可确定载体的加速度。该小质量就称为检测质量或测振质量,它是构成加速度计结构的一部分。简化的加速度计模型包含一个通过弹簧与仪表壳体相连的检测质量块,如图5.16所示。假设该加速度计处于宇宙空间的任何位置。加速度a时,检测质量块由于自身的惯性,趋于抵制这种运动的变化。该质量块相对于壳体产生一个位移。在稳态条件下,作用在该质量块上的力会与弹簧的拉力构成平衡,弹簧的净伸长就可以用来测量所受的力。该力与加速度成正比。作用在空间中质量m上的力F可以表示为(www.xing528.com)

式中,f——万有引力场以外的力产生的加速度；

G——质量块所受万有引力引起的加速度。

对单位质量来说,F＝a＝f＋G。

加速度a可以表示为单位质量所受的力。加速度计对万有引力加速度G 不敏感,因此其输出与沿敏感器的敏感轴每单位质量所受的非万有引力成正比。该力就定义为作用在敏感器上的比力。

在现代惯性导航系统中,有很多用于测量比力的机械器件,其工作原理与上述介绍的简化的加速度计类似。