六轴加速度传感器技术不仅有助于机器人技术、航空航天技术、武器技术的发展,而且在工业自动控制、车辆工程、地震预报等领域中具有广泛的应用前景。由于大多数加速度传感器只能传感一个至三个轴向的加速度,因此研究的重点主要集中在六维加速度的测量,主要通过采用多只单轴加速度传感器进行适当组合实现六维加速度的测量。目前已有报道的六轴加速度传感器主要有三种,即利用微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems, MEMS)技术的六轴加速度传感器、利用粘贴在膜片上的应变片的组合实现的六维加速度传感器和基于静电超导原理的六维加速度传感器。利用微机电系统技术可以将多个单轴加速度传感器集成到单块硅片上实现多维加速度传感,可以提高六轴加速度传感器的微小化程度,但是降低了加速度传感器的精度,难以承受较大的过载。利用粘贴在膜片上的应变片的组合实现的六维加速度传感器实现加速度解耦困难,目前仍处于研制阶段。采用静电超导原理实现的六维加速度传感器只能用于微重力环境下,不仅结构复杂,而且成本高。因此,进行多维加速度传感器(尤其是六轴加速度传感器)技术的研究具有重要理论意义和实用价值。本文提出并研究了一种压电式六轴加速度传感器的原理与结构,采用六只单轴压电加速度传感器作为敏感元件在立方体结构上合理布局获取被测对象的六轴加速度信息实现六维加速度传感,开发了相应的信号调理系统和快速原型系统,并进行了实验测试。在此基础上进一步研究了基于数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)的压电式六轴加速度传感器的信号处理系统。在研究过程中提出并定义了表征电荷放大器上电响应能力的开关响应特性的概念并给出了相应的测试方法。本文的主要研究工作和成果包括:①本文提出并研究了一种压电式六轴加速度传感器的原理,采用六只单轴压电加速度传感器作为敏感元件在立方体结构上合理布局获取被测对象的六轴加速度信息实现六维加速度传感,实现了基于上述原理的压电式六轴加速度传感器的结构。介绍了压电式六轴加速度传感器实现六维加速度传感的解耦算法,通过对输出信号进行复合与解算,可以获得被测对象的六维加速度信息,包括三个正交的线性加速度和与之对应的三个角加速度(或角速度)。②对于压电式六轴加速度传感系统及其构成的无陀螺捷联惯性导航系统,其开关响应时间和体积直接决定于构成其信号调理系统的多通道电荷放大器。本文提出并定义了表征电荷放大器上电响应能力的开关响应特性的概念并给出了相应的测试方法。开发了一种为提高开关响应特性的多通道电荷放大器,不仅体积小,而且实验测试结果表明其具有良好的开关响应特性,可以用于构成压电式六轴加速度传感系统/无陀螺捷联惯性导航系统的信号调理系统。③基于dSPACE实时仿真系统建立了压电式六轴加速度传感器快速原型系统,利用MATLB/Simulink软件将压电式六轴加速度传感器数学模型编制成程序下载到dSPACE系统中运行,通过与计算机通信,利用ControlDesk软件实时监督信号变化情况。④建立了压电式六轴加速度传感器快速原型系统的六轴加速度传感特性测试系统并进行了实验测试,实验结果表明压电式六轴加速度传感器能够实现六维加速度传感。⑤在此基础上研究了基于DSP的压电式六轴加速度传感器信号处理系统,将模型算法集成到DSP中,为系统的微型化和产品化奠定了基础。本文的研究工作为六轴加速度传感器的开发奠定了理论基础,具有重要理论意义与实用价值。