專利名稱：氣體線加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明氣體線加速度傳感器屬于線加速度計領(lǐng)域。
加速度計的內(nèi)部均設(shè)置有能敏感慣性力的物質(zhì)，通常稱此物質(zhì)為敏感質(zhì)量塊、檢測質(zhì)量塊或質(zhì)量塊。加速度計即是一種通過測量敏感質(zhì)量塊的慣性力來間接測量加速度的裝置，其原理基于牛頓第二定律。現(xiàn)有的加速度計種類繁多，其敏感元件中均采用固體物質(zhì)作為敏感質(zhì)量塊。在出現(xiàn)大沖擊或爆震的惡劣環(huán)境中，由于固體敏感質(zhì)量塊的存在，從而引起很大的沖擊力，因此，現(xiàn)有加速度計的應(yīng)用范圍受到限制。
本發(fā)明氣體線加速度傳感器，其敏感元件采用氣體代替固體敏感質(zhì)量塊，從而避免了固體敏感質(zhì)量塊引起的沖擊力。因此，它無需特別保護(hù)裝置，就能在大沖擊或爆震后正常工作。
利用熱敏絲加熱敏感元件內(nèi)的氣體，使氣體產(chǎn)生密度梯度。當(dāng)比力作用于敏感元件時，熱空氣和冷空氣之間產(chǎn)生自然對流。通過熱敏絲構(gòu)成的電橋可以檢測此氣體對流，從而可確定比力的大小和方向，這是本發(fā)明的工作原理。
熱敏絲選用電阻溫度系數(shù)大、熱穩(wěn)定性好的φ0.1～50μm金屬熱敏線材為宜，如鉑絲，它既起加熱氣體的作用，又起敏感對流場的作用。敏感元件中的氣體可用任何成份的氣體，以既能保護(hù)熱敏絲，又能提高靈敏度的惰性氣體(如He、N2等)為宜，但為簡化工藝，通常采用空氣即可。敏感元件應(yīng)選用導(dǎo)熱好、強(qiáng)度高的材料，如銅、鋁等制做，以便散熱和減小熱漂移。
現(xiàn)結(jié)合附圖，對本發(fā)明氣體線加速度傳感器作如下敘述。


圖1熱敏絲排列形式及信號取出電路示意圖。
圖2敏感元件剖視圖。
圖3信號處理電路框圖。
圖4氣體線加速度傳感器剖視圖。
熱敏絲是敏感元件的關(guān)鍵部分，圖1示出四種熱敏絲的排列形式及信號取出電路。
圖1(a)是單絲式。r為熱敏絲電阻，R為外接串聯(lián)分壓電阻，它們均由恒壓源E供電。結(jié)點(diǎn)1和結(jié)點(diǎn)2代表電極。在比力作用下，熱敏絲由于其周圍氣體的自然對流，其電阻值發(fā)生變化，在一定范圍內(nèi)取出的電信號V0與比力呈線性關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)可標(biāo)定與檢測比力。該單絲式敏感元件簡單易行，可以檢測總比力的絕對值。
圖1(b)是平行絲式。熱敏絲r1和r2平行焊接在電極1、2、3和4上，熱敏絲r1和r2構(gòu)成電橋的兩臂，另兩臂為參考電阻R和R′，調(diào)整R和R′可使電橋平衡。敏感軸方向在熱敏絲r1和r2所確定的平面內(nèi)并垂直于熱敏絲r1和r2。比力沿敏感軸方向施加后，兩熱敏絲r1和r2間通過自然對流交換熱量，導(dǎo)致熱敏絲電阻值改變，電橋失去平衡，從而輸出一個電壓信號V0，此信號與比力呈線性關(guān)系。
圖1(c)是交叉絲式。由焊接在電極1和2上的熱敏絲與焊接在電極3和4上的熱敏絲相互交叉連接，前者被后者一分為二，各部分分別用r1和r2代表，并構(gòu)成電橋的兩臂。另兩臂為參考電阻R和R′，調(diào)整參考電阻R和R′可使電橋平衡。敏感軸沿焊接在電極1和2上的熱敏絲方向。當(dāng)比力沿敏感軸方向施加后，熱敏絲r1受到來自熱敏絲r2的熱氣流作用，其電阻值增加，電橋失去平衡，從而輸出一個與比力呈線性關(guān)系的信號V0。
圖1(d)是熱電偶式。這是通過不同熱敏絲之間的接觸熱電勢檢測溫度的方法來設(shè)計的。虛線和實(shí)線分別代表不同材料的熱敏絲，要求r1＜＜r2。敏感軸沿?zé)崦艚zr1和r2方向。當(dāng)比力沿敏感軸輸入后，熱端敏感到來自r2的熱量，輸出熱電動勢差V0。V0與比力絕對值呈線性關(guān)系。
圖2示出敏感元件剖視圖。這是圖1(b)的具體實(shí)施例。熱敏絲1和2焊接在電極3的頂端，電極3通過絕緣體4封裝在殼體6上，前后兩端蓋5用螺釘7緊固在殼體6上。
在敏感元件中，熱敏絲長2～20mm，間距1～5mm，且應(yīng)平行于圓柱形氣體腔的軸線。
該敏感元件的電極3、端蓋5和殼體6選用銅材或其他導(dǎo)熱好的材料。為簡化工藝，氣體腔中的氣體為空氣。
該敏感元件的靈敏度量級為10mv/g，為了獲得實(shí)用信號，還必須對此輸出信號電壓V0進(jìn)行處理。
圖3示出信號處理電路框圖。其主要由放大器、補(bǔ)償電路和濾波器組成。放大器包括運(yùn)放1和運(yùn)放2兩級放大;補(bǔ)償電路包括零位、靈敏度和非線性補(bǔ)償電路。濾波器采用低通有源濾波器。該信號處理電路電源采用正負(fù)直流穩(wěn)壓電源，其電壓值要根據(jù)熱敏絲電阻值及實(shí)用信號大小而定，一般選用±5VDC電源。
圖4為氣體線加速度傳感器剖視圖。敏感元件11和電路板12裝在由上蓋9和底板10構(gòu)成的外殼內(nèi)，電壓輸出信號通過插座8引出。
本發(fā)明氣體線加速度傳感器的靈敏度優(yōu)于10-5g，動態(tài)范圍為10-5～102g，有成本低、壽命長，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可在大沖擊或爆震后正常工作。它適用于炮彈、子母彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，以及車輛、艦船的控制系統(tǒng)和姿態(tài)參考系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種氣體線加速度傳感器，屬于線加速度計領(lǐng)域，由敏感元件、信號處理電路和外殼組成，其特征是敏感元件主要由熱敏絲和氣體敏感質(zhì)量塊構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征是敏感元件中的氣體為干燥空氣或惰性氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，特征是敏感元件中的熱敏絲排列形式有單絲式、平行絲式、交叉絲式和熱電偶式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征是敏感元件中的熱敏絲為直徑0.1～50μm的金屬材料，如鉑絲。
全文摘要
本發(fā)明氣體線加速度傳感器屬線加速度計領(lǐng)域。該加速度傳感器采用氣體代替固體敏感質(zhì)量塊，用熱敏絲敏感氣體自然對流。其敏感元件內(nèi)熱敏絲的排列方式有單絲式、交叉絲式、平行絲式和熱電偶式。敏感元件氣流腔內(nèi)的工作氣體選作空氣或惰性氣體。該傳感器動態(tài)范圍為10
文檔編號G01P15/00GK1067742SQ92101089
公開日1993年1月6日 申請日期1992年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月27日
發(fā)明者張福學(xué), 陳占先, 羅玉華 申請人:北京信息工程學(xué)院