横向灵敏度

数理科学术语

横向灵敏度是指压电元件除了产生有用的纵向压电效应外，还有有害的横向压电效应。横向灵敏度通常以相当于轴向灵敏度的百分数来表示，它表征压电加速度传感器的质量优劣。一个好的加速度传感器，其横向灵敏度应低于5%。

背景

近年来，以加速度计特别是多加速度计无陀螺捷联惯导系统为代表的惯性装置被广泛地应用于常规武器飞行体飞行参数的测试中。高精度的武器测试系统需要有高性能的惯性传感器作为支持。随着传感器技术的发展，加速度计的性能不断得到优化，但由于材料自身特性及加工工艺水平等原因，加速度计始终存在横向灵敏度。在无陀螺惯性装置进行飞行体参数测试过程中，为了从加速度计输出的比力信号中得到角速度，须将加速度计安装在载体的非转动中心处。在高速机动飞行的武器上，加速度计因其质心与武器旋转中心不重合，会受到离心力的影响，其横向输出是不容忽视的。

简介

加速度计对垂直于敏感轴方向的加速度信号的响应被称为加速度计的横向响应。在横向加速度的作用下加速度计会有一定的输出，通常将这一输出信号与横向加速度之比称为加速度计的横向灵敏度。横向灵敏度的大小用“横向灵敏度比”表示，即横向灵敏度与轴向灵敏度之比：

式中：为横向灵敏度比;为横向灵敏度;为轴向灵敏度。

产生的原因

不同类型的加速度计，其横向输出特性与其结构有着密切的关系，以下对常用的几款加速度计横向灵敏度产生的原因进行分析。

（1）造成压电式加速度计具有横向输出特性的原因主要有:机械加工及封装误差;压电元件本身横向压电效应;结构设计不合理;装配不当产生附加应力。

（2）硅微电容式加速度计一般采用差动电容进行测量，测量原理图如图1。加速度计中的质量块在加速度哟作用下由于惯性力的作用，发生位移。当一对电容间距变小时，另一对电容间距同时增大，传感器的差动电容变化值体现了被测加速度的大小。若在xoy面上存在横向加速度，当过大的横向加速度使得两对电极的极板正对面积发生变化;或质量块沿獭扭转，造成两对电极的不平行;强烈共振作用下或振动组件中横梁的强度不均匀所引起质量块的变形，这些情况都会造成加速度计的横向输出。

（3）硅微压阻式加速度计采用了半导体平面工艺和各向异性腐蚀相结合的工艺，为了在悬臂梁的根部加工出应变电阻，要求悬臂梁顶面与基片表面在同一平面上，由此造成了质量块的中心与支撑梁的中性面的不重合，这正是造成硅微加速度计横向输出的主要原因。

由于造成加速度计横向输出特性的原因十分复杂，且生产商一般不提供加速度计详细的内部构造，所以很难从理论上精确地推导出加速度计横向输出的大小。因此利用实验的手段快捷而又准确地测试出加速度计横向灵敏度的值，是十分有意义的。

测试方法

重力场翻滚测试法

对于量程小于1g的加速度计，可采用重力场翻滚实验来测定其横向灵敏度的大小。利用精密分度装置进行重力场翻滚实验。实验时，分度头平面处于竖直位置，加速度计固定在分度头平面上，其主轴方向与分度头平面平行，摆放示意图如图2所示。

离心机测试法

加速度计重力场翻滚实验适合于士1g以内的加速度计输出特性的测量，而许多加速度计往往用于高g值的场合，因此产生一个大于1 g标准加速度，用来测量加速度计的基本性能及横向灵敏度是十分必要的。李彬等采用精密离心机产生的向心加速度作为加速度计的横向输入，来测量加速度计的横向灵敏度。

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