專利名稱：一種撓性擺式加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種撓性擺式加速度計，特別是一種充油的金屬撓性材料作為支
承方式的擺式加速度計，可用于航空航天慣性測量和慣性導(dǎo)航的加速度敏感元件，也可作 為環(huán)境較為惡劣的車載加速度測量元件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的擺式加速度計按其支承方式分為寶石軸承擺式加速度計、液浮擺式加速度 計以及撓性擺式加速度計，就寶石軸承擺式加速度計而言，檢測質(zhì)量固定在單擺上，活動系 統(tǒng)的另一端通過寶石軸承鉸接在殼體上，而采用寶石軸承支承方式存在固有的庫倫摩擦力 是無法克服的，勢必降低了儀表的精度；就液浮擺式加速度計而言，檢測質(zhì)量被液浮懸浮在 殼體里，并用寶石軸承支承定位，雖然采用了液浮技術(shù)平衡了 一部分庫倫摩擦力，但摩擦力 仍然是存在的，而且采用液浮支承方式增加了系統(tǒng)的設(shè)計、工藝難度；就撓性擺式加速度計 而言，目前常用的石英撓性擺式加速度計(簡稱石英表)采用石英材料作為撓性桿支承材 料，由于石英材料抗拉強度低、易損壞，再加上儀表內(nèi)部采用空氣阻尼，導(dǎo)致其抗沖擊以及 大過載能力較差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種撓性擺式加速度 計，該加速度計精度高、抗沖擊能力強。 本實用新型的技術(shù)解決方案是一種撓性擺式加速度計，包括殼體、撓性桿、力矩 器動圈、由軛鐵和永久磁鐵組成的力矩器定子、由信號傳感器動圈和信號傳感器定子組成 的信號傳感器、三角形擺片和伺服放大器，殼體內(nèi)充滿阻尼液體，三角形擺片、力矩器動圈 與信號傳感器動圈組成擺組件，三角形擺片的中心位置安裝力矩器動圈，三角形擺片的頂 端安裝信號傳感器動圈，底端連接兩根撓性桿使擺組件與儀表殼體彈性連接，軛鐵固定在 殼體的中部，永久磁鐵穿過力矩器動圈，力矩器定子和力矩器動圈構(gòu)成力矩器，信號傳感器 定子固定在殼體上并連接傳感器激磁，當有加速度輸入時，信號傳感器敏感擺組件的位移 并轉(zhuǎn)化為電信號，電信號由信號傳感器動圈輸出至伺服放大器，伺服放大器將電信號放大、 校正后反饋至力矩器動圈并由力矩器產(chǎn)生反饋力矩，該反饋力矩使擺組件恢復(fù)到平衡位 置。 撓性桿通體為柱形，中間對稱位置加工成撓曲圓弧形狀，撓性桿采用鈹青銅材料。 三角形擺片為平面的等腰三角形形狀，擺片中心位置留有通孔用于安裝力矩器動圈，三角 形擺片的頂端安裝信號傳感器動圈，兩個底角位置各連接一個撓性桿，三角形擺片在中心 線兩側(cè)對稱位置至少留有1對通孔，三角形擺片采用無磁性硬鋁材料。 本實用新型還可以包括用于補償阻尼液體體積變化的溫度補償膜盒，溫度補償膜 盒安裝在殼體內(nèi)，采用鈹青銅材料。還可以包括用于使加速度計在恒溫環(huán)境下工作的溫控 裝置，溫控裝置由裝在殼體內(nèi)的加熱片、熱敏絲和裝在殼體外的溫控電橋組成，熱敏感器作為溫控電橋的一個測量臂，溫控電橋的輸出控制加熱片工作。 本實用新型的工作原理是當有加速度輸入時，由三角形擺片、力矩器動圈和信號 傳感器動圈組成的擺組件受到慣性力矩的作用而偏離平衡位置，這一偏角被信號傳感器檢 測，經(jīng)伺服放大器轉(zhuǎn)換成電流信號，并被反饋到處于恒定磁場中的力矩器而產(chǎn)生再平衡力 矩，使擺組件恢復(fù)到平衡位置，輸出電流的大小和輸入的加速度成正比，因此可以作為加速 度的電氣測量。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于 (1)本實用新型由于采用撓性支承方式，與傳統(tǒng)寶石軸承支承方式相比消除了軸 尖和寶石軸承所帶來的庫倫摩擦力，同時撓性支承中間對稱位置加工成撓曲圓弧形狀，在 加速度計的敏感方向上的剛度很小，近似于呈自由無約束狀態(tài)，而在其他方向上的剛度則 很大，提高了儀表的性能和測量精度及抗振和抗沖擊的能力； (2)本實用新型的采用液體作為阻尼，相比采用空氣阻尼的石英撓性擺式加速度 計，本實用新型具有較好的過載能力和抗沖擊能力。 (3)本實用新型的撓性桿采用鈹青銅材料，相比石英材料具有更高的抗拉強度、并 且不易損壞。 (4)本實用新型采用的三角形擺片為平面形狀，減小了擺組件的轉(zhuǎn)動慣量；三角 形擺片中心線的對稱位置留有通孔，減小了儀表內(nèi)部溫度不均勻而產(chǎn)生的對流力矩對擺的 干擾。 (5)本實用新型在殼體內(nèi)設(shè)置了溫度補償膜盒對傳感器進行溫度補償，抵消了由 于阻尼液體溫度變化造成的阻尼液體的體積變化，降低了阻力影響，提高了測量精度，在殼 體內(nèi)外設(shè)置溫度控制裝置，用于對傳感器內(nèi)進行恒溫控制，進一步提高了傳感器的測量精 度和參數(shù)穩(wěn)定性。 (6)本實用新型采用的力矩器為永磁動圈式力矩器，采用推挽式結(jié)構(gòu)，提高了線性 度，力矩器的永久磁鐵材料采用2 :17釤鈷磁鋼，穩(wěn)定度可達到10—7月量級(lo)。

圖1為本實用新型的組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型擺組件的組成結(jié)構(gòu)圖，圖2(a)為擺組件的俯視圖，圖2(b)為擺 組件的側(cè)視圖； 圖3為本實用新型撓性桿的外形圖，圖3(a)為撓性桿的俯視圖，圖3(b)為撓性桿 的側(cè)視圖； 圖4為本實用新型信號傳感器定子外形圖，圖4(a)是信號傳感器定子的外形結(jié) 構(gòu)，圖4(b)是信號傳感器定子的繞線方式。
具體實施方式本實用新型是一種典型的力平衡加速度傳感器，由撓性擺組件、信號傳感器、推挽 式永磁力矩器、撓性桿、控制電路等組成。如圖1所示，該型加速度計主要包括殼體1、撓性 桿2、力矩器動圈3、由軛鐵6和永久磁鐵7組成的力矩器定子、由信號傳感器動圈5和信號 傳感器定子4組成的信號傳感器、三角形擺片8和伺服放大器9，殼體1內(nèi)充滿硅油作為阻尼液體，三角形擺片8、力矩器動圈3與信號傳感器動圈5組成擺組件，三角形擺片8的中心 位置安裝力矩器動圈3，三角形擺片8的頂端安裝信號傳感器動圈5，底端連接兩根撓性桿 2使擺組件與儀表殼體1彈性連接，軛鐵6固定在殼體1的中部，永久磁鐵7穿過力矩器動 圈3，力矩器定子和力矩器動圈3構(gòu)成力矩器，信號傳感器定子4固定在殼體1上并連接傳 感器激磁，當有加速度輸入時，信號傳感器敏感擺組件的位移并轉(zhuǎn)化為電信號，電信號由信 號傳感器動圈5輸出至伺服放大器9，伺服放大器9將電信號放大、校正后反饋至力矩器動 圈3并由力矩器產(chǎn)生反饋力矩，該反饋力矩使擺組件恢復(fù)到平衡位置。 如圖2所示，由擺片8、傳感器動圈5和撓性桿2組成的擺組件為活動系統(tǒng)，其基體 為一個平面三角形的擺片8，三角形擺片8為等腰三角形結(jié)構(gòu)，擺片中心位置留有通孔用于 安裝力矩器動圈3，與固定在殼體上的永久磁鐵7組成推挽式力矩器，三角形擺片8的頂端 安裝信號傳感器動圈5，與繞在鐵氧體上的激磁繞組即傳感器定子4組成差動式電感傳感 器，傳感器動圈和力矩器線圈的軸線在空間是正交的，擺片8的兩個底角位置各用膠粘固 定連接一個撓性桿2，對稱地支撐著擺組件，撓性桿2由鈹青銅制成，三角形擺片8在中心線 兩側(cè)對稱位置至少留有1對通孔，本實用新型所示的圖2中留有3對通孔，使得擺組件的轉(zhuǎn) 動慣量較小并減小儀表內(nèi)部溫度不均勻而產(chǎn)生的對流力矩對擺的干擾，三角形擺片8材料 為無磁性硬鋁。擺組件質(zhì)心到撓性桿關(guān)節(jié)的距離稱為擺長(1)，由撓性桿2關(guān)節(jié)至擺組頂端 安裝的傳感器動圈5之間的全部擺組質(zhì)量組成檢測質(zhì)量(m)，檢測質(zhì)量與擺長的乘積稱為 擺性。撓性桿2的下端又通過膠粘牢固地固定在基座上，通過這樣的結(jié)構(gòu)擺組件可以圍繞 著撓性桿關(guān)節(jié)作微小的轉(zhuǎn)動(約士10')，在閉環(huán)工作狀態(tài)下加速度計的工作角僅有數(shù)秒。 如圖3所示，撓性桿通體為柱形，中間對稱位置加工成撓曲圓弧形狀，使撓性桿在加速度計 的敏感方向上的剛度很小，近似于呈自由無約束狀態(tài)，而在其他方向上的剛度則很大，提高 了儀表的性能和測量精度及抗振和抗沖擊的能力。 本實用新型采用的力矩器是音圈差動式力矩器，組成差動式的一對力矩器具有相 同的結(jié)構(gòu)，兩力矩器的永久磁鐵同名對頂，永久磁鐵材料采用2 :17釤鈷磁鋼，穩(wěn)定度可達 到10—7月量級(lo)，軛鐵和永久磁鐵分別固定在表殼的對稱位置上，與繞在擺組上的力 矩器線圈組成差動式力矩器，加矩電流流過力矩器線圈時，二力矩器產(chǎn)生的力是疊加的，提 高了力矩器的效率和減小了非線性誤差。 如圖4所示，傳感器采用差動動圈式結(jié)構(gòu)，信號傳感器是一種次級線圈可移動的 變壓器，利用次級線圈移動時與初級線圈互感的變化產(chǎn)生輸出電壓，其兩組激磁線圈分別 繞在一對"c"形鐵氧體磁芯上，如圖4(a)所示，兩只"c"形鐵氧體磁芯缺口相對、中間留有 間隙固定在定子座上組成傳感器定子，兩組激磁繞組串聯(lián)相接，繞線方式如圖4(b)所示， 繞線由11至31至41最后至21。裝在擺組件上的動圈，可以在定子間隙中沿表頭輸入軸方 向運動，隨動圈相對定子位置的變化，輸出不同相位和幅度的感應(yīng)電壓，從而檢測出反映擺 組件不同位置的信號。 由于儀表內(nèi)充有甲基硅油，提高了儀表的抗振能力和增加了阻尼，但隨溫度變化， 硅油體積發(fā)生變化，為補償硅油體積的變化，本實用新型還在儀表的殼體內(nèi)裝有溫度補償 膜盒，殼體為圓柱形或方形，其中一端留有充油孔。溫度補償膜盒由鈹青銅制成，可以隨儀 表內(nèi)硅油體積的變化而伸長或者縮短。溫控元件主要包括繞在殼體內(nèi)的加熱片和熱敏絲， 這些元件與溫控電橋組成溫控裝置，對傳感器進行恒溫控制，以提高儀表的測量精度和參
5數(shù)穩(wěn)定性。溫控裝置的熱敏絲裝在殼體腔內(nèi)，作為測溫電橋的一個臂，當腔內(nèi)溫度低于標定 的工作溫度時，測溫電橋處于不平衡狀態(tài)，輸出信號通過功率放大器后再反饋到加熱片，使 儀表的溫度升高，一直升高到工作溫度，溫控裝置的測溫電橋達到平衡狀態(tài)時才停止。
權(quán)利要求一種撓性擺式加速度計，其特征在于包括殼體(1)、撓性桿(2)、力矩器動圈(3)、由軛鐵(6)和永久磁鐵(7)組成的力矩器定子、由信號傳感器動圈(5)和信號傳感器定子(4)組成的信號傳感器、三角形擺片(8)和伺服放大器(9)，殼體(1)內(nèi)充滿阻尼液體，三角形擺片(8)、力矩器動圈(3)與信號傳感器動圈(5)組成擺組件，三角形擺片(8)的中心位置安裝力矩器動圈(3)，三角形擺片(8)的頂端安裝信號傳感器動圈(5)，底端連接兩根撓性桿(2)使擺組件與儀表殼體(1)彈性連接，軛鐵(6)固定在殼體(1)的中部，永久磁鐵(7)穿過力矩器動圈(3)，力矩器定子和力矩器動圈(3)構(gòu)成力矩器，信號傳感器定子(4)固定在殼體(1)上并連接傳感器激磁，當有加速度輸入時，信號傳感器敏感擺組件的位移并轉(zhuǎn)化為電信號，電信號由信號傳感器動圈(5)輸出至伺服放大器(9)，伺服放大器(9)將電信號放大、校正后反饋至力矩器動圈(3)并由力矩器產(chǎn)生反饋力矩，該反饋力矩使擺組件恢復(fù)到平衡位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的撓性桿(2)通 體為柱形，中間對稱位置加工成撓曲圓弧形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的撓性桿(2) 為鈹青銅材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的三角形擺片(8) 為平面等腰三角形形狀，三角形擺片(8)中心位置留有通孔用于安裝力矩器動圈(3)，三角 形擺片(8)的頂端安裝信號傳感器動圈(5)，兩個底角位置各連接一個撓性桿(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的三角形擺片(8) 在中心線兩側(cè)對稱位置至少留有1對通孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的三角 形擺片(8)材料為無磁性硬鋁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的阻尼液體為甲 基硅油。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于所述的由力矩器定子和力矩器動圈(3)構(gòu)成力矩器為推挽式結(jié)構(gòu)，力矩器的永久磁鐵材料采用2 :17釤鈷磁鋼。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于還包括用于補償阻尼液體體積變化的溫度補償膜盒，所述的溫度補償膜盒安裝在殼體內(nèi)，采用鈹青銅材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種撓性擺式加速度計，其特征在于還包括用于使加速度計在恒溫環(huán)境下工作的溫控裝置，溫控裝置由裝在殼體內(nèi)的加熱片、熱敏絲和裝在殼 體外的溫控電橋組成，熱敏感器作為溫控電橋的一個測量臂，溫控電橋的輸出控制加熱片工作。
專利摘要一種撓性擺式加速度計，包括殼體、撓性桿、力矩器動圈、由軛鐵和永久磁鐵組成的力矩器定子、由信號傳感器動圈和信號傳感器定子組成的信號傳感器、三角形擺片和伺服放大器，殼體內(nèi)充滿阻尼液體，三角形擺片、力矩器動圈與信號傳感器動圈組成擺組件，撓性桿使擺組件與儀表殼體彈性連接，力矩器定子和力矩器動圈構(gòu)成力矩器。本實用新型采用撓性支承方式，與傳統(tǒng)寶石軸承支承方式相比消除了軸尖和寶石軸承所帶來的庫倫摩擦力，同時撓性支承在加速度計的敏感方向上的剛度很小，而在其他方向上的剛度則很大，提高了儀表測量精度及抗振和抗沖擊的能力，采用液體作為阻尼，相比采用空氣阻尼的石英撓性擺式加速度計，具有較好的過載能力和抗沖擊能力。
文檔編號G01P15/13GK201464493SQ200920109709
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者嚴小軍, 何靜, 薛旭, 郭曉芳 申請人:北京航天控制儀器研究所