船舶加速度计的设计与应用

2013年第32卷第5期传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies ）檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸殠殠殠殠设计与制造基于压电式加速度传感器的船用振动测量仪设计孙倩，尹菲，尚晶（中船重工第703研究所无锡分部，江苏无锡214151）摘要：振动测量在提高船舶动力设备的使用寿命和可靠性方面已经成为船舶工程测试的一项重要课题。

为了诊断船舶动力设备的机械故障并监测其运行时振动状态，设计了一种基于压电式加速度传感器，采用差分运算电路与电压并联负反馈电路实现信号的稳定转换，由巴特沃斯滤波电路等进行信号调理的船用振动测量仪。

该船用振动测量仪输出的电压信号稳定，满足机械设备振动测量的精度要求，且与市面上大多数的振动分析仪匹配，已在工程中得到了大量应用。

关键词：振动；加速度传感器；电压并联负反馈；巴特沃斯滤波中图分类号：TH 86文献标识码：A文章编号：1000—9787（2013）05—0071—03Design of marine vibration measuring instrument based onpiezoelectric acceleration transducerSUN Qian ，YIN Fei ，SHANG Jing（Wuxi Division of No．703Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation ，Wuxi 214151，China ）Abstract ：In the field of improving reliability and prolonging work time of marine power plant ，vibration measuring has been an important subject of marine engineering testing．In order to diagnose mechanical fault and monitor vibration state of marine power plant ，a marine vibration measuring instrument based on piezoelectric acceleration transducer is designed．Signal is converted stably by differential operational circuit and voltage shunt negative feedback circuit ，Butterworth filtering circuit and other circuits are used to modulate signal．The voltage signal output of instrument is stable which meets precision requirement for mechanical vibration measuring and matches most vibration analyzer on market ，and has been widely used in engineering．Key words ：vibration ；acceleration transducer ；voltage shunt negative feedback ；Butterworth filtering引言随着现代化工业的发展，船舶动力设备越来越大型、高速和复杂，由此产生的振动与噪声问题也越来越突出。

高精度加速度计优化设计的开题报告一、研究背景和意义：高精度加速度计是一种广泛应用于航空、航天、地震等领域的重要传感器，其具有测量精度高、响应快速等优点。

目前市面上已经有多种类型的高精度加速度计产品，但是在实际应用中，由于传感器的环境与物理特性的限制，传感器的测量稳定性、抗干扰能力等方面还存在很大的改进空间。

因此，对高精度加速度计的优化设计进行深入探究，将对提升传感器的测量精度、稳定性和抗干扰能力等方面具有重要的意义。

二、主要内容和研究方向：本次课题将从以下几个方面展开研究：1. 传感器的环境与物理特性对其性能的影响：研究传感器在不同环境条件下的性能变化，如温度、湿度、振动等对其性能的影响。

2. 传感器信号处理算法的优化：通过对传感器输出信号进行数字滤波、傅里叶变换等处理，提高传感器的测量精度和抗干扰能力。

3. 传感器动态特性的分析：通过对传感器的自耦合、运动惯性等特性进行分析，探究其动态特性对测量精度和响应速度的影响。

4. 传感器物理结构的改进设计：通过对传感器结构进行优化设计，改进传感器的力学性能和效率，提高传感器的测量灵敏度和响应速度。

三、预期研究成果：通过对高精度加速度计的优化设计研究，预计取得以下成果：1. 优化传感器信号处理算法，提高传感器的测量精度和抗干扰能力。

2. 分析传感器的动态特性，探究其动态特性对测量精度和响应速度的影响。

3. 改进传感器物理结构设计，提高传感器的测量灵敏度和响应速度。

4. 对传感器的其他性能指标进行优化改进，提升其在航空、航天、地震等重要领域的应用价值。

本次课题的研究成果，将对提高我国高精度加速度计的竞争力和市场占有率，推动我国相关领域的发展，具有重要的战略意义。

基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测第27卷第3期2010年7月深圳大学理工版JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGV o1.27No.3July2010文章编号:1000-2618(2010)03—0374—05【交通物流】基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测陈爱国,叶家玮,陈远明(华南理工大学土木与交通学院,广州510640)摘要:通过数学建模建立基于加速波计陈列的无陀螺舰船波浪运动检测技术,研究与船体固连及与地固连坐标系上加速度分量的变换规则,提出利用超声波多普勒频移原理测定初速度.采用9个加速度计.设计了无陀螺的舰船波浪运动检测系统.研究表明,采用惯性测量系统,可使检测完全自主,不受干扰,且输出信息实时性强信息量大;采用加速度计阵列,可使检测系统传感器成本低,质量轻,动力消耗小,温度特性好,抗震能力强.关键词:导航仪表检测;无陀螺舰船波浪运动;加速度计阵列;惯性测量系统中图分类号:U666.164;TH701文献标识码:A海上舰船或平台在风浪作用下存在横摇,纵摇,艏摇,横荡,纵荡和垂荡等6个自由度的不规则运动.为了使舰船海上过驳,石油钻井平台和挖泥船能在较差海况下正常工作,要设计波浪补偿系统,检测舰船的波浪运动.目前海洋上常见的运动位置测量方法有张紧索¨J,声学系统,无线电系统,全球卫星定位系统和惯性测量系统等.惯性测量系统是利用陀螺仪和加速度传感器测得物体瞬时的角度和加速度,再对加速度进行两次积分得到物体的位移.由于受制造工艺及物理原理的限制,陀螺仪工作性能难以得到进一步提高,高精度的陀螺仪制造成本昂贵,抗过载能力较差且体积大.加速度计性能则越来越好,制造成本越来越低.本研究采用以加速度计为惯性元件的无陀螺惯性舰船波浪运动检测系统,用加速度计代替陀螺仪,具有传感器成本低,质量轻,动力消耗量小,温度特性好及抗震能力高等优点.1舰船波浪运动加速度计检测原理为研究船舶甲板波浪运动,建立以船舶基点初始位置为原点的静坐标系OXYZ(OXY平面为船舶甲板所处的水平面),以船舶基点Q(Q为甲板上的固定点)为原点的平移坐标系Qx】,P和Q为原点与船舶固连的连体坐标系QxZ,如图1.图1描述船舶运动的坐标系Fig.1Coordinatesofshipmotion初始位置时,3个坐标轴重合,轴正向指向右舷,轴正向指向船艏,轴正向垂直向上,基点在静坐标系OXYZ中的位移用矢量描述.连体坐标系QXZ对平移坐标系QXYvZ的旋转变换描述为:绕z轴沿偏航方向转过角度lfr,绕新的.轴沿纵摇方向转过角度0,绕轴沿横摇方向转过角度J.在OXYZ中船舶运动可描述为收稿日期:2009—11—14;修回日期:2010—06—07基金项目:国家高等学校博士学科点专项科研资助项目(20090172120041,20090172110008)作者简介:陈爱国(1973.),男(汉族),湖南省衡山县人,华南理工大学副教授,博士研究生第3期陈爱国,等:基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测375H={R,R,R,,,}(1)设船体上任取一点M,相对基点Q的位移矢量其中,,和是矢量足的分量.连体坐标系QXsYsz与平移坐标系QX的变换关系为[iJs]=A[i](2)其中,A=[.0..1一0in][0一co.sOsi.nOsimp0cosq~-10sin0cosO]其中,=lllILL—JcosOsing,㈩为r,点的加速度为a^f=aQ+a,(4)其中,aQ为基点Q的平移加速度;a,为点M的相对加速度.设船体绕基点Q旋转的角速度为,角加速度为￡,则a=xr+q.ox(∞×r)(5)令r在Qxl,5z坐标系中的3个分量分别为r,rys和rZs,对,a盯,ap,a,和在Qsl,szs坐标系中进行投影,则由式(5)可得ra,j=^f—s—aQj:一(∞+Ca))rx+("一)rys+(0303+)rzs{0:0一口Q一:一(黜.十砧)r+(一)+((o∞船+占)r螂【o:0zs一0Q—zs:一(∞+∞肼2)+(拈一r船+(Ca)+sr由于测量船体加速度时,加速度计一般与船体固连,因此只能测量在Qx坐标系中的3个加速度分量.在qx坐标系中,任一瞬时,只要测得基点和另外3个适当分布的点在某一轴上的加速度分量,即可求得船体上任一点在该轴上的加速度投影;只要测得基点和另外两个适当分布点的加速度分量,按式(4)和(6)即可求得船体的角速度,角加速度和其上任一点的加速度在QxZ坐标系中的3个分量.但实际上,船舶波浪补偿时,需要对静坐标系OXYZ的加速度补偿.为此按式(2)进行坐标变换,得[00,口]:[0a札船口]A(7)为计算出,0和,设绕基点Q的转动,经无限小的时间有微小的角位移矢△0c,对应的欧拉角微小角位移矢为△,△和△.根据无限小角位移矢合成定理△=△+△+△,==++,可得fWxs:Ocos~一~bcosOsimpO)ys=+sinO.)zS=OcosOcos~-I-0simp即[c￡,ySZS]=B[一0](8)(9)(6)『.0c0s妒一COS0sinq~]其中,=100sin}(10)【0sinc.sc.s-J设采样时间为,下标i表示第i次采样.若已知采样零时刻的,Oo和.,由式(8)可得i=0时的.,Oo和..利用梯形积分和辛普森积分可求得分别为1和2时的,0l,.,.,0.,.,,02,妒2,2,02和2.当i>2时l=3+(一3+3.一2+3—l+){:{0=0+(0+30+30+0i)(11){;【=一3+(一3+30一2+3～+)由式(8)和(11)可得,0,,,0和..值可设定初始时刻为零,由陀螺罗经或磁罗经测得.对于和.的确定,可用预采样时获得最大值的时刻作为采样的零时刻,并令此时的和.为零,然后作出预采样中,0和对采样时间的曲线,根据该曲线应与时间轴对称分布的特点,修改并最终确定0.和.假定甲板处于水平面为船舶在静水中的平衡姿态'].若非如此,则0和变化曲线的中心线并非零度线,需实时测取., 和.值,或者在实时检III~II速度数据的同时,实时检测,0和值(可用一个垂直陀螺仪检376深圳大学理工版第27卷测).2关于角速度和角加速度由本文建立的坐标系可得∞=船i++k.(12)占=耶i+ys+k(13)当s:do)Idt,由式(12),(13)及泊松公式得sXs:a(1)xs/dt,sYs=dtoYs/dt,￡zs=do)zs/dt. 其中,i为第i次采样,r为采样时间,则r~xsi+lXS_i+∞XS_i{嬲Hl=+7.(14)【一;+:礁+∞j利用式(14)可简化求解船体的角速度和角加速度(可改用辛普森积分提高精度).3速度和位移计算翠的改受量分别为(J7v方向)和af2(vⅣ:方向),则=[(2+fo(tN_YSd)c.一(2.+nN_zsd)si叫(16)=告[_(2+~TCtN_ySd)c.一(2..+I=I口d)si】(17)由式(16)和(17)可得一=2fo/2+~'aNrsd)c.(18)+=(2.+~'aN_zsdt)si(19)其中,C为超声波在海水中的传播速度,一般取1500m/s.由式(6),(18)和(19)可求出在和Z轴上的投影,通过,,,点与QXZ平行的平面可测得船舶波浪补偿系统策略主要采取有利补偿型,位移补偿型和速度补偿型.对位移补偿型和速度补偿型必须计算出波浪运动的位移和速度触发脉冲(15)发射脉冲据此,任意点的速度在OXYZ坐标系的表达口J表不为lVMXVM_yVMZJlUQ_XIJQy0』j+II∞Ysrzs一∞zsrYsmzsrXs一∞xSrzs∞xsrYs一∞鼯rXsA, 在QX】,sZ坐标系的投影为[耶一]=[s巧Q一]+[r一rr嬲一O)XSF~-OXSr一FXS]A.为求得基点速度t10,可对基点的加速度进行积分,求得速度的增量和其在初始时刻的初速度...为此,可利用多普勒频移效应或声相关技术测量船底某点Ⅳ在零时刻的速度.,利用式(15)计算出此时基点的速度..¨….3.1多普勒频移测速原理为精确测得船底某点Ⅳ在某时刻的瞬时速度,其多普勒测速原理设计可采用在通过点Ⅳ与QZ平行的平面内,利用该处装置的发射与接收兼用的换能器,分别沿与轴的正负向成卢角(一般为60.)的方向,向海底发射频率为的超声波脉冲,经时间r分别接收到反射回波,如图2.频接收脉冲朋硼一哪姗一t一:嘲一:酗{{yzs一N图2多普勒频移测速原理Fig.2V elocityltlle~lSUlt*~withDopiershift3.2位移计算如前所述,可检测计算出船体上任意一点在采样时间系列上的速度,速度对时间进行数值积分便可算出该点在某时间段内的位移.4加速度计阵列配置方案加速度计的配置如图3.在Q点采用三轴加速度计;在以,和C点采用两轴加速度计,分别检测与所在轴正交的另两轴向的加速度;在D点可选配一个垂直陀螺仪.为确定待测点P在QX】,sZ坐标系中的坐标,可在A,B和C点连结测量绳子,或采第3期陈爱国,等:基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测377 用激光测距仪,测量PA,P和PC的距离,出P点坐标.由图3及式(6)可得并计算的无陀螺舰船波浪运动检测技术,通过1个三轴加速度计和3个两轴加速度计检测的舰船连体坐标系内的加速度时间序列,计算出船上任一点对地坐标系中的绕3个坐标系转动的角加速度,角速度和角位移,及沿3个坐标系方向的速度,加速度和位移,利用该技术有益于建立实用的基于加速度计阵列的舰船波浪运动检测系统.本研究除可用于舰船波浪运动的检测外,还可用于任何其他6自由度物体的运动检测,如飞机,太空船和导弹等空中物体运动检测.图3加速度计配置图Fig.3Configurationofaccelerationindicatorsf.^一一.Q一(∞s+sZs)AQl0A_Z5一nZs(一)QJ口B_XS—nQ_xs=(∞耶一)r即(20)l0Bs一口Q=(∞ZsOJys+s)r印l口c—s—nQ—粕=(09zs∞+)rGQ口c_ys一口y5=(0303Zs一嬲)厂cQ据此可得rs=(0一口z)/2rp一(0一Ⅱ)/2rcQ{占=(口5—0Q』s)/2rcQ一(口^—zs—aozs)/2rQ Ls=(0^一一CtQ_ys)/2rAQ一(aB耶一aQxs)/2rQ(21)[蔷苦]×l[(.』一口Q—嬲)/2rQ+(口一一.Q一)/2rQ][薯告【=[主-_言{](22)由式(21)和(22)可得某时问序列的绝对值和占邪,根据式(14)可确定耶的正负号.结语本研究通过数学建模建立了基于加速度计阵列参考文献:[1]陈远明.舰(船)载直升机平台升沉补偿系统的试验研究[D].广州:华南理工大学,2007:34-43.[2]汤建良.坐标变换求解P3P问题的应用研究[J].深圳大学理工版,2004,21(2):187.189.[3]郑俊武,唐友刚,孟昭寅,等.船舶横摇与纵摇运动的非线性耦合方程[J].天津大学,1998,31(6):737-740.[4]陈爱国,叶家玮.船舶阻力计算遗传神经网络的研究[Cj//IEEE.2009年智能计算与自然计算国际会议论文集.美国:IEEE计算机协会,2009:366—369.(英文版)[5]陈爱国,叶家玮.船舶阻力计算四层BP神经网络的研究[C]//IEEE.2009年IEEE机电与自动化国际会议论文集.美国:IEEE机器人与自动化协会,2009:2537-2541.(英文版)[6]李庆扬.数值分析[M].北京:清华大学出版社, 2006:92—100.[7]AstromKJ,HagglundT.PID控制器:理论,设计与调整[M].北卡罗来纳州:美国仪表学会,1995.(英文版)[8]郭素云.陀螺仪原理及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1985:114—125.[9]陈远明,叶家玮,魏栋.波浪运动补偿稳定平台系统的试验研究[J].机床与液压,2008,36(4):67.71.[1O]叶家玮,陈远明,王冬娇,等.古代沉船打捞的波浪运动补偿方案和模型试验[J].中国海洋工程,2006,20(4):635—643.(英文版)[11]杨在金.航海仪器[M].大连:大连海事大学出版社,1998:73.82.378深圳大学理工版第27卷Abstract:1000—2618(2010)03—0378一EA【TransportationLogistios】一一-●●l…MeasurementprincipleofshipWaV emovementbased0naccelerometerarray中CHENAi-guo,YEJia—wei,andCHENYuan-ming SchoolofCivilEngineeringandTransportation SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou510640P.R.ChinaAbstract:Thestudypresentsamathematicalmodelofshipwavemovementafterthecoordina tesystemofshipwavemovementbeingintroduced.Onthebasisofthechangingrulesbetweenaccelerationvaluesin thehullcoordinatesandthegroundcoordinates,amethodtomeasuretheinitialvelocityisputforthbymeansofthe ultrasonicDopplershiftprincipleisdeveloped.Themeasurementsystemofshipwavemovementissetupusing9 gyro—freeaecelerome—ters.Becauseinertiameasurementsystemandaccelerometerarrayareadopted,thenewlydev elopedsystemhasmanyadvantagessuchasverysmallinterference,strongandreal-timeinformation,lowcosts ensor,lightweight,littleenergyconsumption,andhighcapabilityofshockresistanceandtemperature. Keywords:detectionofnavigationinstrument;shipwavemovement;accelerometerarray;i nertiameasurementsystem十ThisworkwassupposedbyResearchFundfortheDoctoralProgramofHigherEducationofChina(20090172120041,20090172110008) References:[1]CHENYuan—ming.ExperimentalStudyonaHeaveCom- pensationSystemforShipborneHelicopterPlatform[D]. Guangzhou:SouthChinaUniversityofTechnology,2007: 34—43.(inChinese)[2]TANGJian—liang.Anoteforapplyingcoordinatetransfor—mationonsolvingP3Pproblem[J].JournalofShenzhen UniversityScienceandEngineering,2004,21(2):187—189.(inChinese)[3]ZHENGJun—wu,TANGY ou—gang,MENGZhao—yin. Nonlinearcouplingequationsforshiprollingandpitching motions[J].JournalofTianjinUniversity,1998,31(6):737-740.(inChinese)[4]AiguoCHEN,JiaweYE.Researchonfourlayerback propagationneuralnetworkforthecomputationofshipre—sistance[C]//IEEE.Proceedingsof2009IEEEIntema—tionalConferenceonMechatronicsandAutomation.Ameri. ca:IEEERoboticsandAutomationSociety,2009:366—369.[5]CHENAi—guo,YEJia?we.Researchonthegeneticneural networkforthecomputationofshipresistance[C]//IEEE.Proceedingsof2009InternationalConferenceoff ComputationalIntelligenceandNaturalComputing.Ameri—ca:IEEEComputerSociety,2009:2537—2541.[6]LIQing—yang.NumericalAnalysis[M].Bejing:Tsing—huaUniversityPress,2006:92—100.(inChinese)[7]AstromKJ,HagglundT.PIDControllers:Theory,De—signandTuning[M].NorthCarolina:InstrumentSociety ofAmerica,1995.[8]GUOSu—yun.GyroscopeTheoryandApplications[M]. Harbin:HarbinInstituteofTechnologyPress,1985:114—125.(inChinese)[9]CHENYuan—ming,YEJia?wei,WEIDong.Experimental studyonastableplatformsystemhavingthefunctionofwave motioncompensation[J].MachineTool&Hydraulics, 2008,36(4):67-71.(inChinese)[10]YEJia—wei,CHENYuan—ming,W ANGDong-jiao,et a1.Wavemotioncompensationschemeanditsmodeltests forthesalvageofanancientsunkenboat[J].ChinaO—ceanEngineering,2006,20(4):635—643.[11]Y ANGZai-jin.NavigationalInstrument[M].Dalian: DalianMaritimeUniversityPress,1998:73-82.(inChi—nese)【中文责编:坪梓;英文责编:之聿】。

第2期(总第225期)2021 年4 月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo2Apr文章编号= 1672-6413(2021)02-0175-02海盗船加速度计算及乘客束缚装置选型校验櫜赵九峰(河南省特种设备安全检测研究院，河南郑州450000)摘要：加速度是游乐设施安全性的一个重要指标，是选择乘客束缚装置的重要依据，乘客束缚装置与加速度是否相适应，直接决定着乘客的人身安全。

以海盗船为例，给出了乘客加速度理论计算方法，通过对乘客加 速度的计算，确定加速度的分区，并校核乘客束缚装置的选型。

该计算方法及结果可为大型游乐设施乘客加速度的计算和束缚装置的设计选型提供参考。

关键词： 海盗船； 加速度计算； 束缚装置中图分类号：TS952. 8 文献标识码：B0引言游乐设施束缚装置是为了保护乘客在乘坐某些游 乐设备时的安全而设置在设备本体上的装置，其作用 是保证乘客处于失重状态或被甩出时的安全［］。

近年 来，国内发生的多起大型游乐设施事故均与束缚装置 有关,2016年2月22日，渑池县仰韶广场，一乘客在 乘坐“高空揽月”时，安全压杠根部焊缝断裂，致使乘客 从高处坠落，经抢救无效死亡；017年2月3日，重庆 丰都县朝华公园，一名女乘客乘坐“遨游太空”高空坠 落身亡，事故原因为安全带断裂，安全压杠未有效 压紧。

游乐设施在运行过程中，乘客受到重力、惯性力、 离心力等作用，在一定条件下，这些力可以使乘客脱离 座椅，束缚装置的作用是保证约束乘客在座椅上不被 甩出，因此游乐设施乘客束缚装置的可靠有效与否直 接决定着乘客的人身安全2。

1乘客G 加速度和束缚装置1. 1 乘客G 加速度牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正 比、跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方 向相同［］。

牛顿第二定律的适用范围为惯性系，而游 乐设施中乘客大多处于速度不断变化的非惯性系中， 为了研究方便就在原系中凭空加上惯性力，将非惯性 系转化成惯性系来简化问题［4］。

我们先来了解什么是向心加速度。

向心加速度是物体在做圆周运动时所受到的加速度，其方向指向圆心，大小与速度、转弯半径有关，式子为a=v²/r。

而向心加速度在生活中有许多应用，以下将会从运动器材、工业设备与交通工具三个方面进行阐述。

一、运动器材向心加速度在运动器材中的应用是比较明显的，例如最近较为流行的高空滑索运动中，当人在滑索上滑行时，会感到强烈的向心力，这是因为人在滑过来回往返的弯曲线路时，车轮左右不停地发生着向心加速度。

这样的运动中，人体需要对向心加速度有足够的适应性，才能完成动作顺畅；而滑索设备中，也需要充分考虑向心加速度的影响，来保证游客的安全性。

另外，在摩托车运动中，方向盘的操作也与向心加速度有责任的关系，当摩托车在圆周运动中时，车身向内侧受到向心加速度的作用，驾驶员需要通过改变车身转弯角度，来调整向心加速度的大小与方向。

而在复杂的赛道上，摩托车手可以通过对向心加速度的掌控，来完成超车或避让等动作。

二、工业设备向心加速度在工业设备上也有着广泛的应用，比方说离心机，它的工作原理就是利用强大的向心加速度将混合物分离出不同的成分。

在离心机中，混合物被装在筒体中，筒体高速旋转，混合物被离心力分离出来。

这样不仅可以提高制备速度，还可以保证制品的质量。

而在电子设备中，向心加速度的应用也极其普遍。

例如LCD液晶显示屏生产中，必须将浮在液晶中的杂质、气泡、粉尘等微小颗粒物分离出来，这就需要利用离心工艺将其分离出来，提高显示屏的质量。

三、交通工具向心加速度在交通工具中的应用也是不可忽视的，比方说在车辆的驾驶中，向心加速度对车速、刹车和转弯等操作都有着影响。

当车辆行驶在圆周路上时，车身会受到向心加速度的作用而发生变化，驾驶员需要借助方向盘，通过调整方向盘的位置，来控制向心加速度的作用，使车辆行驶在正确的路线上。

此外，向心加速度在飞机、船舶等工具上也有着广泛的应用。

在飞机升降时，机翼受到向心加速度的影响发生弯曲，因此需要在机翼结构设计中考虑向心加速度的影响，而船舶在行驶过程中，也需要充分考虑向心加速度的影响，通过控制驾驶舱舵、舵轮等器材，来调整船身的移动路线。

Colibrys加速度计惯性传感器MS1000 –初步数据表单轴模拟加速度计MS1000是专为惯性应用而设计的最好的同类电容式体硅MEMS加速度计。

其优异的长期零偏和比例因子重复性，低运行偏差，优异的振动行为（VRE）和低噪声，可用于非常精确和具有成本效益的战术级测量。

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功能原理框图主要特性 (±10g)•运行中偏置稳定性: 15 µg•非线性: ±0.3% FS•优异的长期零偏重复性: 1.2mg•恶劣环境中的可靠性•低噪声: 34 µg/√Hz•LCC20, 密封包装重要参数, 典型值MS1002 MS1005* MS1010 MS1030* MS1100* Unit加速度全量程± 2 ± 5 ± 10 ± 30 ± 100 g剩余偏置建模误差0.14 0.35 0.7 2.1 7.0 mg长期零偏重复性0.24 0.6 1.2 3.6 12.0 mg运行中偏置稳定性 3 7.5 15 45 150 µg剩余比例因子建模误差120 120 120 120 120 ppm比例因子敏感性1350 540 270 90 27 mV/g轴不对准10 10 10 10 10 mrad分辨率(1Hz) 7 17 34 102 339 µg rms非线性 (IEEE norm) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 % FS工作温度-40 to +125 -40 to +125 -40 to +125 -40 to +125 -40 to +125 °C运行功耗10 10 10 10 10 mW尺寸9 x 9 9 x 9 9 x 9 9 x 9 9 x 9 mm2特色应用（未全列入）：航空航天 & 国防: 海军 &陆地:惯性测量单元 (IMUs) 寻北、天线、声纳定位航空电子设备（固定翼和旋翼）：FCS，自动驾驶仪，姿态系统（AHRS，待机） ,武器发射系统 - 平台稳定性GPS辅助引导&导航无人机系统ROV制导，武器发射系统，船舶导航和控制移动测绘列车定位（GPS航位推算）短程制导，机器人MWD–随钻导向MS1002 参数除非另有说明，所有数值都是在环境温度(20°C)和 3.3 V 供电 VDD 下测得。

第1篇一、实验目的1. 了解船舶振动的基本原理和影响因素。

2. 掌握船舶振动测试方法及数据处理技术。

3. 分析船舶振动特性，优化船舶结构设计。

二、实验原理船舶振动是指船舶在航行过程中，由于各种因素（如波浪、风力、发动机等）引起的船体、船舱等结构的振动现象。

船舶振动不仅影响船舶的舒适性和安全性，还可能对船体结构造成损害。

本实验旨在通过振动测试和分析，了解船舶振动特性，为船舶结构设计提供依据。

三、实验仪器与设备1. 振动测试仪：用于测量船体、船舱等结构的振动加速度、速度和位移。

2. 激励器：用于模拟船舶在航行过程中受到的波浪、风力等激励。

3. 数据采集系统：用于采集振动测试仪的信号，并进行实时处理和分析。

4. 船舶模型：用于模拟实际船舶的振动特性。

四、实验步骤1. 搭建实验平台：将船舶模型固定在实验台上，连接振动测试仪、激励器和数据采集系统。

2. 设置实验参数：根据实验要求，设置激励器的频率、幅值等参数，以及振动测试仪的采样频率、采样点数等参数。

3. 进行振动测试：启动激励器，模拟船舶在航行过程中受到的激励，同时采集振动测试仪的信号。

4. 数据处理与分析：将采集到的信号传输到数据采集系统，进行滤波、频谱分析等处理，得到船舶振动特性参数。

5. 优化船舶结构设计：根据振动特性参数，分析船舶结构设计中的不足，提出改进措施。

五、实验结果与分析1. 振动加速度测试结果：通过振动测试仪采集到的振动加速度信号，可以看出船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动加速度较大，尤其在波浪激励下，振动加速度更为明显。

2. 振动速度测试结果：振动速度测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动速度也较大，且随频率的增加而增大。

3. 振动位移测试结果：振动位移测试结果表明，船舶在航行过程中，船体、船舱等结构的振动位移较大，尤其在波浪激励下，振动位移更为明显。

六、结论1. 本实验验证了船舶振动测试方法的有效性，为船舶结构设计提供了依据。

力平衡加速度传感器的原理设计力平衡加速度传感器（Force Balance Accelerometer）是一种高精度的加速度传感器，主要用于测量物体的加速度、速度和位移等参数，广泛应用于航天、车辆、船舶、工业生产等领域。

本文将介绍力平衡加速度传感器的原理、设计和应用。

一、力平衡加速度传感器的原理力平衡加速度传感器是基于牛顿第二定律设计的，即加速度与力成正比。

它是由一个质量块和一个加速度传感器组成的。

当物体发生加速度变化时，质量块将会受到一个力的作用，力的大小等于质量块重力与加速度之积，从而使得传感器的输出电压产生变化。

因此，力平衡加速度传感器的原理是通过测量质量块所受的力以及质量块的重力，计算出加速度的大小。

二、力平衡加速度传感器的设计1.结构设计力平衡加速度传感器的结构设计较为复杂，主要包括质量块、机械执行部分和传感器部分。

质量块通常采用石英或金属材料制成，具有高稳定性和强耐腐蚀性。

机械执行部分是传感器的核心部件，它将力转换成位移，使得传感器能够测量出加速度。

传感器部分包括信号放大电路、滤波器和数字转换器等，用于将机械信号转换成电信号，并对信号进行处理和存储。

2.工艺需求制造力平衡加速度传感器需要具备较高的工艺要求。

首先，质量块需要具备高精度和高稳定性，以保证传感器的精度和可靠性。

其次，机械执行部分需要具备高灵敏度和高抗干扰性，以适应不同工作环境和工作条件。

最后，传感器部分需要具备优良的动态响应和高速采样率，以满足实时性和快速响应的要求。

3.电路设计力平衡加速度传感器的电路设计主要包括信号放大电路、滤波器和数字转换器等。

信号放大电路用于将机械信号转换成电信号，并增强信号强度；滤波器用于去除杂波和噪声，提高信噪比；数字转换器用于将模拟信号转换成数字信号，方便传输和处理。

在设计电路时，还需要考虑功耗、噪声、温度漂移等因素，以确保传感器的性能和可靠性。

三、力平衡加速度传感器的应用力平衡加速度传感器在航天、车辆、船舶、工业生产等领域有着广泛的应用。

效果甚佳的船用加速度计
张抚安
【期刊名称】《《航海》》
【年(卷),期】1993(000)003
【摘要】南安普教大学的海洋技术工业空气力学沃尔夫逊设备公司开发出一种加速度计，在高速渡船等安装使用后有改善乘客的舒适性和提高船员效率的作用，而且能减少结构应力。

这种在广泛调查船舶运动的研究基础上开发的装置当船舶出现不理想的运动时会对船长发出警告，在发生问题之前改变航速和航线，并能检查改变之后的效果。

【总页数】1页(P41)
【作者】张抚安
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】U664
【相关文献】
1.船摇陀螺前馈的转换公式推导及船摇隔离效果分析 [J], 瞿元新;潘高峰;毛南平
2.冷疗对热力烧伤的早期治疗效果甚佳 [J], 杨小丽
3.旋转加速度计式重力梯度仪动态测量适应性能试验与效果分析 [J], 杨晔;李达;李城锁;高巍
4.百虫灵杀驱猪虱效果甚佳 [J],
5.海盗船加速度计算及乘客束缚装置选型校验 [J], 赵九峰
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加速度计和陀螺仪在导航中的应用导航技术在现代社会中扮演着重要的角色，而加速度计和陀螺仪作为其中重要的传感器，在导航领域也起到了不可替代的作用。

本文将探讨加速度计和陀螺仪在导航中的应用。

一、加速度计的原理和应用加速度计是一种用于测量物体加速度的传感器。

它基于牛顿第二定律，通过测量物体所受到的力对其产生的反应来计算加速度。

根据加速度计的工作原理，我们可以将其应用于导航领域。

1. 惯性导航系统惯性导航系统是一种基于加速度计和陀螺仪的导航系统。

加速度计可以通过测量物体的加速度来确定其当前的速度和位置。

在惯性导航系统中，加速度计被用来检测物体的加速度变化，并通过积分计算出速度和位置的变化。

这样的系统在航空、航海和导弹等领域中得到了广泛的应用。

2. 步数计数器加速度计还可以用于步数计数器。

通过识别人体行走时的加速度变化模式，加速度计可以精确地计算出人走的步数。

这对于健身追踪器和智能手机等设备来说非常有用，帮助用户记录他们的运动量。

3. 坐标校准在虚拟现实和增强现实中，加速度计可以用于坐标校准。

通过测量设备在三个方向上的加速度，可以确定设备的朝向和位置。

这为虚拟现实和增强现实应用提供了准确的坐标信息，使用户能够更好地与虚拟环境进行交互。

二、陀螺仪的原理和应用陀螺仪是一种用于测量物体角速度的传感器。

它基于角动量守恒定律，通过测量物体旋转时角动量的变化来计算角速度。

陀螺仪也在导航领域发挥着重要的作用。

1. 姿态控制陀螺仪在飞行器和导弹等领域中被用于姿态控制。

通过测量飞行器的旋转速度，陀螺仪可以帮助飞行器保持稳定的姿态，使其能够准确地飞行和导航。

这对于飞行器的安全和导航至关重要。

2. 虚拟现实陀螺仪也被广泛应用于虚拟现实和增强现实技术中。

通过测量用户的头部旋转速度，陀螺仪可以实时反馈给虚拟现实设备，使用户能够更加真实地感受到虚拟环境。

这大大提升了虚拟现实技术的沉浸感和用户体验。

3. 自动驾驶陀螺仪在自动驾驶领域也发挥着重要的作用。