二向高g值加速度傳感器的製作方法

2023-09-18 09:56:00

專利名稱：二向高g值加速度傳感器的製作方法
技術領域：
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。
對於圓柱形物體(如彈丸)，當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，它有利於對下落物體的自適應控制和利用衝擊加速度來調整彈丸的炸點。目前國內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《儀器製造》第4期上公開了一篇由秦皇島電子研究所王樹山發表的「新型的三向壓電加速度傳感器」，它是採用三組厚度極化晶片並連，其中兩組晶片具有切變壓電效應，用於檢測X向和Y向的加速度分量，第三組晶片具有拉壓壓電效應，用於檢測Z向加速度分量。敏感質量塊通過中心螺杆和預緊螺母被固定在晶片組件上。根據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)傳感器的結構複雜，它採用了三組晶片來測量水平與軸向的加速度，以及用較大的質量塊來抵消各自產生的摩擦力影響，從傳感器的配合上就限制了其結構尺寸的減小，從而使質量設計也難以減小，一般在8～12克；(2)採用三向輸出，使後續處理電路計算工作量大，耗時長(2．7～3ms)，控制效果欠佳；(3)不能用於高g值衝擊加速度的測量，因為這種三向傳感器的結構限制了其結構尺寸的減小，其頻率不能做的過高，其可用測量範圍只能達到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於提供一種質量小，測量範圍大，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方案來實現的。二向高g值加速度傳感器，它是由殼體、基座、極化晶片、質量塊和輸出線等組成，其發明特點在於極化晶片為兩種，一種為片狀軸向極化晶片，另一種為筒狀徑向極化晶片，質量塊也為兩塊，一塊為片狀軸向質量塊，另一塊為筒狀徑向質量塊，片狀軸向極化晶片和片狀軸向質量塊通過一預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於筒狀徑向質量塊內與之緊配合，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，另一端通過基座側孔引出，用於和數據處理電路連接。本實用新型主要是用於速度大於700米／秒的高速飛行彈(如榴彈、穿甲彈)的自適應控制系統中，它能有效地調整彈丸的飛行角度，保證彈丸在地下一定深度內摧毀預定的目標。使用時，該加速度傳感器安裝於彈內規定部位，輸出線與數據處理電路連接，當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量塊上，通過該質量塊將力施加到片狀軸向極化晶片上，使該晶片產生的電荷正比於軸向力，並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量塊上，通過該質量塊再傳送到筒狀徑向極化晶片上，在該晶片上產生的電荷正比於徑向力，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。根據本實用新型設計，片狀極化晶片和片狀質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，根據它們測得的二向加速度分量值，再通過數學模式=tg-1FzFr]]>求出傾斜角值。
本實用新型與現有技術相比其顯著的積極效果是(1)由於採用了一個筒狀極化晶片和筒狀質量塊來完成徑向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，從而使得質量得到減小，可做到小於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於摩擦力而引起的影響；(3)本實用新型傳感器測量衝擊加速度的範圍可達5千克以上，使用頻率範圍也可提高至5KHz，完全滿足高速飛行彈的高g值加速度測量；(4)由於採用二向測量，其後續處理電路耗時減小到1ms，比現有技術減少3～5倍，結構簡單，尤其適用於高速飛行的彈丸自適應控制系統。
本實用新型的具體結構由以下附圖
和實施給出。
附圖是根據本實用新型製作的二向高g值加速度傳感器結構示意圖。
下面根據附圖對本實用新型做進一步詳細描述。
參見附圖，根據本實用新型製作的二向高g值加速度傳感器，它是由基座1、極化晶片2、5、質量塊3、4、殼體7和輸出線8組成，基座1採用不鏽鋼材料，基座1底部設有安裝孔9，極化晶片2、5的材料選擇壓電係數較大的PZT-5壓電陶瓷，極化晶片2為片狀，內徑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，它們的內表面塗有金屬導電膠，裝到基座中心柱後，再經200℃烘箱烘20分鐘固化。質量塊3、4的材料選用高比重金屬材料，本例採用黃銅H62，比重為8．9g／cm3，彈性模量為20．8×103MP。質量塊3為片狀，內徑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，其內徑大於晶片2的內徑，避免與基座接觸，保證絕緣。同時也能減小傳感器的質量。質量塊4為筒狀，其內徑為4mm，外徑為6mm，高3mm，它套於基座1中心軸上部晶片5外，利用金屬導電膠與之緊密配合。輸出線8分別焊點在上下晶片的外表面上端，通過基座的側孔將輸出線8引出，傳感器以基座1為地。殼體7採用不鏽鋼材料，當內部裝配完以後，將殼體7與基座1連接。
權利要求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、質量塊和輸出線[8]組成，其特徵在於極化晶片為片狀軸向極化晶片[2]和筒狀徑向極化晶片[5]，質量塊為片狀軸向質量塊[3]和筒狀徑向質量塊[4]，片狀軸向極化晶片[2]和質量塊[3]通過一預緊螺帽[6]被依次固定在基座[1]中心軸底部，筒狀徑向極化晶片[5]被套於質量塊[4]內與之緊配合，並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.根據權利要求1所述的二向高g值加速度傳感器，其特徵在於質量塊[3]和質量塊[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,其特點在於採用了片狀軸向極化晶片和片狀軸向質量塊以及筒狀徑向極化晶片和筒狀徑向質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,不但質量可減小到7克以下,而且結構簡單,測量衝擊加速度範圍5kg以上,使用頻率範圍可達5KHz,完全滿足高速飛行彈加速度測量,可適用於高速飛行的彈丸自適應控制系統。
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 優先權日1997年5月5日
發明者張合, 蔣波 申請人:南京理工大學