1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院，西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点，提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元，分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列，并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明：加速度方面，X轴灵敏度为0.006 mV/g，Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g，Z轴灵敏度为0.200 mV/g；角加速度方面，X轴灵敏度为0.285 mV/（rad/s2），绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/（rad/s2），绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/（rad/s2）。与有限单元法仿真结果对比，实验测量误差在10%以内，且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood
1 张江实验室，上海 201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
3 上海科技大学，上海 201210
超强超短激光在空间上具有大口径、在时间上具有短脉冲，因此极易产生时空耦合效应，例如脉冲前沿畸变，使得脉冲前沿和相位前沿发生时空分离，通常表现为脉冲前沿倾斜或弯曲，不利于获得预期的高聚焦光强。但当这种脉冲前沿畸变（控制）用于产生X形光波包时，却增加了一维全新的自由度，实现了光波包群速度和群加速度的自由控制，可获得超光速、亚光速、加速、减速，甚至动态可控的群速度。通过综述脉冲前沿畸变（控制）在超强超短激光中的不良影响和在X形光波包中的特殊效果，旨在为同一光学现象在不同研究方向间的交叉应用提供些许思考。
时空耦合 脉冲前沿 相位前沿 X形光波包 群速度 群加速度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500001
华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合, 其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性, 可以实现极低的噪声水平, 理论上能够达到标准量子噪声极限, 是高精度加速度计的重要发展方向。对拉链式光子晶体腔光机加速度计的原理和结构特点进行分析, 设计了一种应用于加速度计的硅基拉链式光子晶体腔和机械振子结构。分析了拉链腔的结构参数对光学Q值的影响, 通过调节结构参数将光腔的谐振频率控制在195 THz附近, 并分析了机械振子和光腔的机械谐振特性, 光腔的有效质量为 30 pg, 加上机械振子后有效质量为3.1 ng, 光机耦合率达到GHz/nm量级, 为基于硅基拉链腔加速度计的制造和表征提供了指导。
微型光机电系统 加速度计 高精度 拉链腔 光子晶体 micro-optical electromechanical (MOEMS) accelerometer high precision zipper cavity photonic crystal
山东理工大学 交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049
为了便于驱动谐振梁的反对称模态，提高加速度检测灵敏度，该文提出了一种分布式的电极驱动方式，利用分布式电极更易驱动谐振梁的反对称模态并检测信号。设计了弹性梁质量块系统，用作感知外部加速度的敏感质量，并将谐振梁作为测量加速度的敏感元件。建立了谐振梁前两阶动力学方程。实验测量了不同加速度下谐振梁一阶、二阶的频率变化。实验表明，二阶模态检测正向灵敏度比一阶模态检测正向灵敏度提高了49%，负向灵敏度提高了89%，且二阶模态品质因数是一阶模态品质因数的3.19倍。最后分析了偏置直流电压对灵敏度的影响：随着电压提高，正向加速度检测灵敏度提高，负向加速度检测灵敏度降低。
加速度计 灵敏度 谐振传感 反对称模态 MEMS MEMS accelerometer sensitivity resonant sensing antisymmetric mode
1 北京信息科技大学 传感器重点实验室，北京100101
2 北京信息科技大学 自动化学院，北京100101
温度影响加速度计的性能，误差来源主要由石英材料及封装工艺产生的热应力引起。针对加速度计温度漂移现象，该文介绍了集成式石英谐振加速度计低温漂结构设计和补偿方法。首先通过对称的差分结构消除一阶温度系数，并进行工艺优化，降低封装工艺对谐振器产生的热应力；其次采用随机森林拟合算法建立温度模型来补偿加速度计的温漂。在-20~80 ℃温度范围内对加速度计样机进行温漂测试，结果表明，工艺优化及补偿后的样机偏置稳定性提高了一个数量级。
谐振式加速度计 差频 温度补偿 低温漂 随机森林 resonant accelerometer difference frequency temperature compensation low temperature drift random forest
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心, 重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室, 重庆 401332
雷达测姿系统实际上是一种惯性导航系统, 长时间未标定会发生加速度计零位变化, 直接影响水平测量精度。针对此问题, 该文分析了系统误差机理及可观测性, 根据实际雷达天线的运动范围, 提出了一种免拆卸加速度计零位基准误差补偿方案。此方案的标定方法简便, 能够有效地识别并估计三轴加速度计的零位误差, 补偿后的动态水平基准精度由2′提升至0.5′, 适合在不方便拆卸的雷达车等大型设备上使用。
三轴加速度计 可观测性分析 免拆卸标定 triaxial accelerometer observability analysis disassembly-free calibration
针对无人机在复杂多障碍环境下的路径规划问题, 提出基于改进粒子群的优化算法。首先, 通过统一障碍物环境建模、优化适应度函数, 并采用混沌粒子初始化使粒子群多样化, 增强了算法的稳定性; 然后, 用自适应加速度系数替代传统粒子群算法的加速度常数, 避免陷入局部极小值, 同时提高了算法收敛到全局最优解的效率; 最后, 用无人机运动编码代替传统粒子群算法中粒子搜索轨迹的编码方式, 提高解的最优性, 搜索最优解路径。仿真结果表明: 当进行无人机路径规划时, 改进粒子群算法可以有效解决复杂的多障碍环境中传统粒子群算法的问题, 与灰狼优化算法、差分进化算法、量子粒子群算法和传统粒子群算法相比, 改进后的算法在不同场景静态环境中路径寻优精度和稳定性明显提高, 且与动态粒子群算法相比, 新算法也能更好地适应动态环境。
粒子群算法 混沌粒子初始化 自适应加速度系数 运动编码 路径规划 particle swarm optimization chaotic particle initialization adaptive acceleration coefficient motion encoding path planning
1 太原工业学院 自动化系
2 太原工业学院 智能检测与控制工程(技术)研究中心， 太原 030008
研究了一种具有高灵敏度、小尺寸的四端梁结构的压阻式加速度计。利用有限元软件对不同悬臂梁、质量块尺寸的结构建立模型，并对该结构进行了灵敏度与应力分析、模态分析，以及动态响应分析。仿真研究结果表明，在50kg量程内，传感器轴向灵敏度达到7.40μV/g，横向灵敏度为0.33%，线性度为0.06%，响应时间为20.3μs，固有频率为111.2kHz。抗冲击性能能达到334000g，可以满足高g值环境下的测试需求，同时该研究为研制高性能传感器提供了一种准确且高效的仿真方法。
压阻 高g值加速度计 有限元仿真 piezoresistive high g accelerometers finite element simulation
光学 精密工程
2023, 31(16): 2395
