本發(fā)明涉及一種尋地傳感器，更具體地涉及一種利用壓電效應(yīng)和重力加速度原理的壓電加速度尋地傳感器，屬于壓電傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，比較常見的尋地傳感器包括陀螺儀和磁場傳感器等。

陀螺儀是常用的確定飛行體姿態(tài)參數(shù)的傳感器，利用陀螺的定軸性和進動性，可以丈量姿態(tài)和尋北的儀器；由于傳統(tǒng)的陀螺儀有轉(zhuǎn)動部件，完全的自主性，且準備時間長，因此存在許多不足。短時間工作時精度還是比較高的，但長時間工作時存在漂移產(chǎn)生的積累誤差，原始誤差有非線性誤差、加速度計的安裝誤差、起飛前的陀螺偏航、非線性角度傳感器造成的誤差等。并且存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、裝配調(diào)試周期長問題，因為其元器件是含有貴重金屬的精密機電儀器，它在使用的工作狀態(tài)下需要確定時間和具有專用的能量源火藥，蓄能器等。在高過載條件下它的應(yīng)用受到限制。

磁場傳感器是可以丈量地球磁場，在不受磁干擾的情況下，如果知道當?shù)氐慕?jīng)緯度和海拔，就能夠在丈量地磁場方向后，利用各種地球磁場模型計算磁傾角、磁偏角，然后就能夠算出極北和姿態(tài)等。磁場傳感器優(yōu)點是簡單不容易壞，但容易受到磁干擾，對使用環(huán)境要求比較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種利用壓電效應(yīng)和重力加速度原理的壓電加速度尋地傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、可用于各種復(fù)雜環(huán)境和大過載飛行裝置。

普通的壓電加速度傳感器主要是應(yīng)用在測試系統(tǒng)中，通過振動或者沖擊產(chǎn)生的外力作用于傳感器，使傳感器的電介質(zhì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生電信號。本發(fā)明的重點在于，利用壓電原理和質(zhì)量塊的自重，實現(xiàn)自身回轉(zhuǎn)飛行物體(例如旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)彈藥)的尋地功能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：一種壓電加速度尋地傳感器，包括：慣性質(zhì)量塊，貼合在該慣性質(zhì)量塊上、下端面的壓電晶體，安裝在每片壓電晶體外側(cè)的一個絕緣傳力塊、以及安裝該慣性質(zhì)量塊、壓電晶體和傳力塊的基座?；纳稀⑾虏烤许斨? 傳力塊的預(yù)緊螺釘、壓電晶體通過導(dǎo)線與安裝在基座上的功放模塊連接、功放模塊的輸出端與安裝在基座上的濾波模塊連接，濾波模塊再將電信號輸出到安裝在基座上的微機芯片。

優(yōu)選地，所述基座的右側(cè)為連接螺紋，左側(cè)為圓柱段并開有通槽，通槽將圓柱段分為上、下兩部分實體，上、下兩部分實體中間位置各有一個螺釘孔，通槽具有平行的上表面與下表面，以及在上表面與下表面之間的側(cè)表面，側(cè)表面具有兩個與上級控制系統(tǒng)進行導(dǎo)線連接的通孔。

優(yōu)選地，對所述慣性質(zhì)量塊進行絕緣處理，其上表面與下表面分別用高強度粘接劑與上、下端壓電晶體粘接成為一個整體，慣性質(zhì)量塊的質(zhì)心與基座軸線共面，慣性質(zhì)量塊與上、下端壓電晶體橫截面大小一致，可以為矩形、菱形、圓形、橢圓形或多邊形，壓電晶體可以是石英晶片或壓電陶瓷。

優(yōu)選地，所述上、下端壓電晶體用高強度粘接劑與基座的上表面和下表面連接，預(yù)緊螺釘安裝在基座左側(cè)的上、下兩部分實體上并頂緊上、下端壓電晶體，使上、下端壓電晶體和慣性質(zhì)量塊整體固定在基座的通槽中間位置，慣性質(zhì)量塊的上下對稱面與基座的軸線平行。

優(yōu)選地，所述傳力塊絕緣并與壓電晶體相對固定，傳力塊的外側(cè)各有一導(dǎo)向孔，預(yù)緊螺釘通過基座的螺釘孔和傳力塊的導(dǎo)向孔頂在傳力塊上。

優(yōu)選地，所述上、下端壓電陶瓷分別構(gòu)成一個信號輸出端，基座的實體構(gòu)成另一個信號輸出端。

優(yōu)選地，所述功放模塊固定在基座的側(cè)表面上，其三個輸入端通過導(dǎo)線分別與上述信號輸出端連接，其兩個輸出端輸出放大后的信號到濾波模塊。

優(yōu)選地，所述濾波模塊固定在基座的側(cè)表面上，其兩個輸入端通過導(dǎo)線分別與功放模塊的輸出端連接，其兩個輸出端輸出濾波后的信號到微機芯片上。

優(yōu)選地，所述微機芯片也固定在基座的側(cè)表面上，其兩個輸入端通過導(dǎo)線分別與濾波模塊的輸出端連接，其兩個輸出端通過導(dǎo)線輸出計算處理過的信號到上級控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述功放模塊、濾波模塊、微機芯片不能與基座的壓電晶體有任何除導(dǎo)線外的金屬接觸，功放模塊、濾波模塊、微機芯片之間也不能有任何除導(dǎo)線外的金屬接觸。

本發(fā)明還涉及一種尋地系統(tǒng)，其包括旋轉(zhuǎn)飛行物體和上述壓電加速度尋地傳感器，其中壓電加速度尋地傳感器的慣性質(zhì)量塊的質(zhì)心安裝在旋轉(zhuǎn)飛行物體的旋轉(zhuǎn)軸線位置。

使用該壓電加速度尋地傳感器進行尋地的方法包括：利用結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝調(diào)試確保將該壓電加速度尋地傳感器的慣性質(zhì)量塊的質(zhì)心安裝在旋轉(zhuǎn)飛行物體的旋轉(zhuǎn)軸線位置。在初始階段，壓電晶體與地面平行，此時慣性質(zhì)量塊對壓電晶體的壓力即為自身重力，當傳感器隨物體旋轉(zhuǎn)時，由于傾斜，慣性質(zhì)量塊的重力被分解為垂直于壓電晶體和平行于壓電晶體的兩個分力，此時，壓電晶體受到的只有慣性質(zhì)量塊垂直于其表面的分力。隨著受力的不斷變化，壓電晶體的表面產(chǎn)生的電荷不斷變化，會輸出一個周期性正弦信號，當壓電晶體的表面與地面平行時，信號處于峰值，當壓電晶體的表面與地面垂直時，信號處于0值。通過飛行物體的轉(zhuǎn)速和正弦信號可以隨時計算出飛行物體轉(zhuǎn)過的角度，同時根據(jù)信號的幅值可以計算出飛行物體的俯仰角(即飛行物體軸線與地面的夾角)。

與陀螺儀和磁場傳感器相比較，本發(fā)明的有益效果包括：1)，誤差小，精度高；2)，結(jié)構(gòu)簡單，元器件少，成本低；3)，不受磁場干擾。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的壓電加速度尋地傳感器的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的壓電加速度尋地傳感器的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的壓電加速度尋地傳感器的基座結(jié)構(gòu)圖。

附圖標記：

1：慣性質(zhì)量塊，2：壓電晶體，3：傳力塊，4：基座，5：預(yù)緊螺釘，6：功放模塊，7：濾波模塊，8：微機芯片，9：導(dǎo)線，10：基座上部分實體，11：基座下部分實體，12：螺釘孔，13：上表面，14：下表面，15：側(cè)表面，16：通孔，17：連接螺紋。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，一種壓電加速度尋地傳感器，包括：慣性質(zhì)量塊1，貼合在該慣性質(zhì)量塊1上，下端面的壓電晶體2，安裝在每片壓電晶體2外側(cè)的一個絕緣傳力塊3，以及安裝該慣性質(zhì)量塊1、壓電晶體2和傳力塊3的基座4?；?的上、下部均有頂著傳力塊3的預(yù)緊螺釘5，壓電晶體2通過導(dǎo)線9與安裝在基座4上的功放模塊6連接，功放模塊6的輸出端與安裝在基座4上的濾波模塊7連接，濾波模塊7再將電信號輸出到安裝在基座4上的微機芯片8。

基座4的右側(cè)為連接螺紋17，左側(cè)為圓柱段并開有通槽，通槽將圓柱段分為上、下兩部分實體10、11，上、下兩部分實體10、11的中間位置各有一個螺釘孔12，通槽具有平行的上表面13與下表面14，以及在上表面13與下表面14之間的側(cè)表面15，側(cè)表面15具有兩個與上級控制系統(tǒng)進行導(dǎo)線連接的通孔16。

上、下端壓電晶體2用高強度粘接劑與基座4的上表面13和下表面14連接，預(yù)緊螺釘5安裝在基座4左側(cè)的上、下兩部分實體10、11上并頂緊上、下端壓電晶體2，使上、下端壓電晶體2和慣性質(zhì)量塊1整體固定在基座4的通槽中間位置，慣性質(zhì)量塊1的上下對稱面與基座4的軸線平行。

傳力塊3絕緣并與壓電晶體2相對固定，傳力塊3的外側(cè)各有一個導(dǎo)向孔，預(yù)緊螺釘5通過基座4的螺釘孔12和傳力塊3的導(dǎo)向孔頂在傳力塊3上。

如圖3所示，對慣性質(zhì)量塊1進行絕緣處理，其上表面13與下表面14分別用高強度粘接劑與上、下端壓電晶體2粘接成為一個整體，慣性質(zhì)量塊1的質(zhì)心與基座4軸線共面，慣性質(zhì)量塊1與上、下端壓電晶體2橫截面大小一致，可以為矩形、菱形、圓形、橢圓形或多邊形，壓電晶體2可以是石英晶片或壓電陶瓷。

繼續(xù)參考圖1和圖2，上、下端壓電晶體2分別構(gòu)成一個信號輸出端，基座4的實體構(gòu)成另一個信號輸出端。功放模塊6固定在基座4的側(cè)表面15上，其三個輸入端通過導(dǎo)線9分別與兩個上述信號輸出端連接，其兩個輸出端輸出放大后的信號到濾波模塊7。濾波模塊7用高強度粘接劑固定在基座4的側(cè)表面15上，其兩個輸入端通過導(dǎo)線9分別與功放模塊6的輸出端連接，其兩個輸出端輸出濾波后的信號到微機芯片8上。微機芯片8也固定在基座4的側(cè)表面15上，其兩個輸入端通過導(dǎo)線9分別與濾波模塊7的輸出端連接，其兩個輸出端通過導(dǎo)線9輸出計算處理過的信號到上級控制系統(tǒng)。功放模塊6、濾波模塊7、微機芯片8不能與基座4、壓電晶體2有任何除導(dǎo)線9以外的金屬接觸，功放模塊6、濾波模塊7、微機芯片8之間也不能有任何除導(dǎo)線9以外的金屬接觸。

將上述壓電加速度尋地傳感器應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)飛行物體構(gòu)成尋地系統(tǒng)時，壓電加速度尋地傳感器的慣性質(zhì)量塊1的質(zhì)心安裝在旋轉(zhuǎn)飛行物體的旋轉(zhuǎn)軸線位置。

利用該壓電加速度尋地傳感器進行尋地的方法包括：利用結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝調(diào)試確保將該壓電加速度尋地傳感器的慣性質(zhì)量塊1的質(zhì)心安裝在旋轉(zhuǎn)飛行物體的旋轉(zhuǎn)軸線位置。在初始階段，壓電晶體2與地面平行，此時慣性質(zhì)量塊1對壓電晶體2的壓力即為自身重力，當傳 感器隨物體旋轉(zhuǎn)時，由于傾斜，慣性質(zhì)量塊1的重力被分解為垂直于壓電晶體2和平行于壓電晶體2的兩個分力，此時，壓電晶體2受到的只有慣性質(zhì)量塊1垂直于其表面的分力。隨著受力的不斷變化，壓電晶體2的表面產(chǎn)生的電荷不斷變化，會輸出一個周期性正弦信號，當壓電晶體2的表面與地面平行時，信號處于峰值，當壓電晶體2的表面與地面垂直時，信號處于0值。通過飛行物體的轉(zhuǎn)速和正弦信號可以隨時計算出飛行物體轉(zhuǎn)過的角度，同時根據(jù)信號的幅值可以計算出飛行物體的俯仰角(即飛行物體軸線與地面的夾角)，從而實現(xiàn)了尋地目的。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改變，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。