[科普中国]-石英谐振加速度计

石英谐振式加速度计是一种把力敏石英振动梁作为敏感元件，能直接输出频率的加速度计。由于其响应带宽大，可与数字信号处理系统兼容，在许多领域有着广泛的应用。

石英谐振加速度计简介石英谐振加速度计没有模数转换带来的速度增量误差，并能与高速数字导航系统兼容，精度高、成本低、体积小、发展潜力大，因此在中高精度领域诸如重力测量学、巡航导弹、自主水下导航、石油钻井等领域中有着广泛的应用前景。

石英振梁加速度计是一种典型的微机械惯性器件，其结构包括石英谐振器、挠性支承、敏感质量、测频电路等。加速度计的敏感质量块由精密的挠性支承约束，使其只具有单自由度。用挤压膜阻尼间隙作为超量程时对质量块的进一步约束，还用作机械冲击限位，以保护晶体免受过压而损坏，该开环结构是一种典型的二阶机械系统。

石英谐振加速度计的工作原理石英振梁加速度计中的谐振器采用双端固定音又结构.此结构的优点是：2个音又臂在其合并处所产生的应力和力矩相互抵消，从而使整个谐振器在振动时具有自隔振的特性，对周围的结构无明显的反作用力，谐振器的能耗可忽略不计。为了使有限的质量块产生较大的轴向惯性力，合理地选择机械结构可以对惯性力放大几十倍。

如图所示的石英振梁加速度计在内部的振荡器电子线路的驱动下，谐振梁发生谐振，当有加速度输入时，在敏感质量块上产生惯性力，这个惯性力按照机械力学中的杠杆原理，把质量块上的惯性力放大N倍。放大了的这一惯性力作用在谐振梁的轴向上，使谐振梁的频率发生变化，一个石英谐振器受到轴向拉力，其谐振频率升高；而另一个石英谐振器受到轴向压力，其谐振频率降低，在测频电路中对这2个输出信号进行补偿与计算，从而测出了输入的加速度1。

石英谐振加速度计的性能及特点与模拟伺服力平衡加速度计相比，石英谐振加速度计具有特别不同的性能特征。石英谐振加速度计的标度因数稳定性和轴向定位性特别好，这是使用谐振力换能器的直接结果。标度因数由石英的质量和弹性常数来确定，输入轴的定位主要取决于摆的位置，均与石英固有的性能稳定有关。相当精密的表度因数好轴向定位性能在导航仪测倾中非常有用，因为它要测量地球重力的分量。

未来的惯性系统要求惯性仪表高可靠、低成本、小体积及适当的性能。石英谐振加速度计正好属于这一类产品。随着加工技术集成电路的进一步发展，石英谐振加速度计的前景将十分美好2。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学