專利名稱：二向高g值加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測速傳感器，特別是一種二向高g值加速度傳感器。
對于圓柱形物體(如彈丸)，當(dāng)它以一定的速度下落時，測量出它與地面碰擊時的傾斜角是十分重要的，它有利于對下落物體的自適應(yīng)控制和利用沖擊加速度來調(diào)整彈丸的炸點。目前國內(nèi)外常用的方法是利用三向加速度傳感器測得X、Y、Z三個方向的加速度分量，再根據(jù)這三個方向的加速度分量計算出下落物體與地面的傾斜角度。1983年《儀器制造》第4期上公開了一篇由秦皇島電子研究所王樹山發(fā)表的“新型的三向壓電加速度傳感器”，它是采用三組厚度極化晶片并連，其中兩組晶片具有切變壓電效應(yīng)，用于檢測X向和Y向的加速度分量，第三組晶片具有拉壓壓電效應(yīng)，用于檢測Z向加速度分量。敏感質(zhì)量塊通過中心螺桿和預(yù)緊螺母被固定在晶片組件上。根據(jù)該三向加速度傳感器輸出的三個方向加速度計算傾斜角，其傳感器本身存在有如下不足(1)傳感器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它采用了三組晶片來測量水平與軸向的加速度，以及用較大的質(zhì)量塊來抵消各自產(chǎn)生的摩擦力影響，從傳感器的配合上就限制了其結(jié)構(gòu)尺寸的減小，從而使質(zhì)量設(shè)計也難以減小，一般在8～12克；(2)采用三向輸出，使后續(xù)處理電路計算工作量大，耗時長(2．7～3ms)，控制效果欠佳；(3)不能用于高g值沖擊加速度的測量，因為這種三向傳感器的結(jié)構(gòu)限制了其結(jié)構(gòu)尺寸的減小，其頻率不能做的過高，其可用測量范圍只能達到0-2KHz，可測的最高加速度為4千克，因此不能滿足高g值加速度的測量要求。
本實用新型的目的在于提供一種質(zhì)量小，測量范圍大，頻率高且速度快的二向高g值加速度傳感器。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。二向高g值加速度傳感器，它是由殼體、基座、極化晶片、質(zhì)量塊和輸出線等組成，其發(fā)明特點在于極化晶片為兩種，一種為片狀軸向極化晶片，另一種為筒狀徑向極化晶片，質(zhì)量塊也為兩塊，一塊為片狀軸向質(zhì)量塊，另一塊為筒狀徑向質(zhì)量塊，片狀軸向極化晶片和片狀軸向質(zhì)量塊通過一預(yù)緊螺帽被依次固定在基座的中心軸座部，筒狀徑向極化晶片被套于筒狀徑向質(zhì)量塊內(nèi)與之緊配合，它們通過金屬膠固定在基座中心軸的頂部；輸出線的一端接兩晶片的正級，另一端通過基座側(cè)孔引出，用于和數(shù)據(jù)處理電路連接。本實用新型主要是用于速度大于700米／秒的高速飛行彈(如榴彈、穿甲彈)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，它能有效地調(diào)整彈丸的飛行角度，保證彈丸在地下一定深度內(nèi)摧毀預(yù)定的目標(biāo)。使用時，該加速度傳感器安裝于彈內(nèi)規(guī)定部位，輸出線與數(shù)據(jù)處理電路連接，當(dāng)彈丸以一定的傾角碰擊地面時，碰擊力迅速分解為軸向力和徑向力，軸向力垂直作用到慣性片狀軸向質(zhì)量塊上，通過該質(zhì)量塊將力施加到片狀軸向極化晶片上，使該晶片產(chǎn)生的電荷正比于軸向力，并通過輸出線將軸向加速度值Fz傳送到處理電路的放大器上，徑向力垂直作用到慣性筒狀質(zhì)量塊上，通過該質(zhì)量塊再傳送到筒狀徑向極化晶片上，在該晶片上產(chǎn)生的電荷正比于徑向力，再通過輸出線將徑向加速度值Fr傳送到處理電路放大器上。根據(jù)本實用新型設(shè)計，片狀極化晶片和片狀質(zhì)量塊是提供軸向加速度的測量，片狀極化晶片為軸向厚度極化，而筒狀極化晶片和筒狀質(zhì)量塊是提供徑向加速度的測量，筒狀極化晶片為徑向厚度極化，根據(jù)它們測得的二向加速度分量值，再通過數(shù)學(xué)模式θ=tg-1FzFr]]>求出傾斜角值。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的積極效果是(1)由于采用了一個筒狀極化晶片和筒狀質(zhì)量塊來完成徑向X和Y方向的加速度測量，使整個傳感器由原來需要三向測量減少為二向，從而使得質(zhì)量得到減小，可做到小于7克；(2)徑向和軸向加速度的測量為相互獨立，所以不存在互相間由于摩擦力而引起的影響；(3)本實用新型傳感器測量沖擊加速度的范圍可達5千克以上，使用頻率范圍也可提高至5KHz，完全滿足高速飛行彈的高g值加速度測量；(4)由于采用二向測量，其后續(xù)處理電路耗時減小到1ms，比現(xiàn)有技術(shù)減少3～5倍，結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用于高速飛行的彈丸自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖
和實施給出。
附圖是根據(jù)本實用新型制作的二向高g值加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
下面根據(jù)附圖對本實用新型做進一步詳細(xì)描述。
參見附圖，根據(jù)本實用新型制作的二向高g值加速度傳感器，它是由基座1、極化晶片2、5、質(zhì)量塊3、4、殼體7和輸出線8組成，基座1采用不銹鋼材料，基座1底部設(shè)有安裝孔9，極化晶片2、5的材料選擇壓電系數(shù)較大的PZT-5壓電陶瓷，極化晶片2為片狀，內(nèi)徑3mm，外徑5mm，高0．5mm，它為軸向厚度極化晶片，極化晶片5為筒狀，內(nèi)徑2mm，外徑4mm，高3mm，是徑向厚度極化晶片，它們分別安裝在基座1中心軸的底部和上部，兩者之間有1．5mm的間隔，裝配時，它們的內(nèi)表面涂有金屬導(dǎo)電膠，裝到基座中心柱后，再經(jīng)200℃烘箱烘20分鐘固化。質(zhì)量塊3、4的材料選用高比重金屬材料，本例采用黃銅H62，比重為8．9g／cm3，彈性模量為20．8×103MP。質(zhì)量塊3為片狀，內(nèi)徑4mm，外徑5mm，高0．5mm它通過一螺帽6被固定在基座1中心軸底部晶片的上端，其內(nèi)徑大于晶片2的內(nèi)徑，避免與基座接觸，保證絕緣。同時也能減小傳感器的質(zhì)量。質(zhì)量塊4為筒狀，其內(nèi)徑為4mm，外徑為6mm，高3mm，它套于基座1中心軸上部晶片5外，利用金屬導(dǎo)電膠與之緊密配合。輸出線8分別焊點在上下晶片的外表面上端，通過基座的側(cè)孔將輸出線8引出，傳感器以基座1為地。殼體7采用不銹鋼材料，當(dāng)內(nèi)部裝配完以后，將殼體7與基座1連接。
權(quán)利要求1.一種二向高g值加速度傳感器，它是由殼體[7]、基座[1]、極化晶片、質(zhì)量塊和輸出線[8]組成，其特征在于極化晶片為片狀軸向極化晶片[2]和筒狀徑向極化晶片[5]，質(zhì)量塊為片狀軸向質(zhì)量塊[3]和筒狀徑向質(zhì)量塊[4]，片狀軸向極化晶片[2]和質(zhì)量塊[3]通過一預(yù)緊螺帽[6]被依次固定在基座[1]中心軸底部，筒狀徑向極化晶片[5]被套于質(zhì)量塊[4]內(nèi)與之緊配合，并通過金屬膠固定在基座[1]中心軸的頂部；連接兩極化晶片[2]和[5]正極的輸出線[8]通過基座[1]側(cè)孔引出，殼體[7]與底部帶有安裝孔[9]的基座[1]螺紋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二向高g值加速度傳感器，其特征在于質(zhì)量塊[3]和質(zhì)量塊[4]的材料為高比重金屬材料。
專利摘要本實用新型公開了一種二向高g值加速度傳感器,其特點在于采用了片狀軸向極化晶片和片狀軸向質(zhì)量塊以及筒狀徑向極化晶片和筒狀徑向質(zhì)量塊來獲取水平與軸向加速度分量;整個傳感器由原來需要三向測量減少為二向,不但質(zhì)量可減小到7克以下,而且結(jié)構(gòu)簡單,測量沖擊加速度范圍5kg以上,使用頻率范圍可達5KHz,完全滿足高速飛行彈加速度測量,可適用于高速飛行的彈丸自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
文檔編號G01P15/02GK2303298SQ9723593
公開日1999年1月6日 申請日期1997年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月5日
發(fā)明者張合, 蔣波 申請人:南京理工大學(xué)