一種用於提高分子‑電子感應式加速度計輸出一致性的溫度補償機制的製作方法

2023-05-06 02:50:27 2

本實用新型涉及一種用於提高分子-電子感應式加速度計輸出一致性的溫度補償機制，屬於儀器儀表測量控制技術
技術領域：
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背景技術：
：分子-電子感應式加速度計在不同溫度下輸出的一致性直接影響到其性能指標。其中，原始信號輸出中耦合的由其反應腔內電解液內部溫差引起的熱動力學噪聲是影響其不同溫度下輸出一致性從而導致不同溫度下，輸出信號不一致的主要原因之一。基於分子-電子感應式加速度計的等效電路，建立不同溫度對其幅頻特性的影響，進而通過幅值矯正和頻域矯正進而改善其在不同溫度下的輸出一致性，對提高分子-電子感應式加速度計的品質有著十分積極的意義。針對這一問題，目前國內外本領域慣用解決方案僅限於對分子-電子感應式加速度計進行主動(電驅動保溫機制)或被動(保溫材料)的溫度補償來提高不同溫度下分子-電子感應式加速度計的輸出一致性，即通過控制分子-電子感應式加速度計外部工作環境的溫度，使分子-電子感應式加速度計工作在特定溫寬環境中，這種方法不僅局限了分子-電子感應式加速度計的工作環境溫度範圍，同時也無法有效保證不同溫度下分子-電子感應式加速度計輸出的一致性。技術實現要素：為解決上述現有技術中的技術問題，本實用新型提出了一種用於提高分子-電子感應式加速度計輸出一致性的溫度補償機制，所採取的技術方案如下：所述溫度補償機制包括溫敏電阻測溫單元和幅頻校正環節；所述幅頻校正環節包括幅值校正電路和頻域矯正電路；所述溫敏電阻測溫單元固定安裝於分子-電子感應式加速度計的反應腔外部；所述幅值校正電路的信號輸入端分別與溫敏電阻測溫單元的信號輸出端和分子-電子感應式加速度計的原始溫度信號輸出端相連；所述頻域矯正電路的信號輸入端與幅值校正電路的輸出端相連。優選地，所述溫敏電阻測溫單元包括陰極電路模塊和陽極電路模塊；所述陰極電路模塊包括電容Cas1、電容Cas2、電容Cdl1和Rct；所述陽極電路模塊包括電容Cas3、電容Cas4、電容Cdl2和電阻Ret；所述溫敏電阻測溫單元還包括電阻Rp、電感Ls、電容Ce、電阻R、電阻R』、電阻Rd和電感Ld以及溫敏電阻運算放大器U1；所述陰極電路模塊和陽極電路模塊之間通過電感Ls和電容Ce相連；所述溫敏電阻運算放大器U1的反相輸入端和同相輸入端分別通過電阻R和電阻R』與陽極電路模塊相連；所述溫敏電阻運算放大器U1的輸出端通過串聯的電阻Rd和電感Ld與陽極電路模塊相連。優選地，所述幅值校正電路包括幅值矯正運算放大器U2、幅值矯正運算放大器U3和幅值矯正運算放大器U4；所述幅值矯正運算放大器U2的反相輸入端與輸出端通過電阻RZ1相連；所述幅值矯正運算放大器U3的反相輸入端與輸出端通過電阻RZ2相連；所述幅值矯正運算放大器U4的輸出端通過電阻RZ5與反相輸入端相連；所述幅值矯正運算放大器U4的反相輸入端通過電阻RZ3與幅值矯正運算放大器U2的輸出端相連；所述幅值矯正運算放大器U4的同相輸入端通過電阻RZ4與幅值矯正運算放大器U3的輸出端相連。優選地，所述頻域矯正電路包括頻域矯正運算放大器U5；所述頻域矯正電路還包括電容C1、電容C2、電阻RT3、電阻R4、電阻R5、電阻R6和電阻R7。優選地，所述頻域矯正運算放大器採用OP4117晶片。本實用新型有益效果：(1)本實用新型提出的用於分子-電子感應式加速度計的溫度補償機制針對分子-電子感應式加速度計內部離子遷移及受溫度影響的原理進行分析，從溫度變化對輸出一致性的影響根源出發，通過對分子-電子感應式加速度計內部結構增加溫度補償機制的技術角度出發解決溫度變化影響分子-電子感應式加速度計輸出不一致的問題，克服了傳統方法中僅從限制分子-電子感應式加速度計外部工作環境為出發點，通過控制分子-電子感應式加速度計外部工作環境，強制使分子-電子感應式加速度計工作在特定溫度範圍，使其工作在輸出一致性受溫度變化較弱的小溫度範圍環境內的這一技術偏見；(2)本實用新型提出的用於分子-電子感應式加速度計的溫度補償機制有效的降低了溫度變化對分子-電子感應式加速度計輸出一致性的影響，有效的提高了分子-電子感應式加速度計輸出一致性，在其他條件相同的情況下，使用本實用新型所述溫度補償方法的分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的輸出一致性(如圖5所示)相比未採用發明所述溫度補償方法的分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的輸出一致(如圖4所示)性有顯著改善。(3)本實用新型提出的用於分子-電子感應式加速度計的溫度補償方法能夠實現分子-電子感應式加速度計工作在-10℃到70℃的大溫差環境中仍能保持高輸出一致性(如圖5所示)，而未採用本發明提出的溫度補償方法的離子-電子感應式加速度計在在不同溫度下的輸出一致性較差(如圖4所示)，通常僅應用於水下工作等環境溫度浮動較小的領域，由此可見，本發明提出的溫度補償方法極大程度上增加了分子-電子感應式加速度計的工作溫寬，充分擴大了分子-電子感應式加速度計的適應場合和應用領域。附圖說明圖1為本實用新型所述溫度補償機制原理圖。圖2為本實用新型所述分子-電子感應式加速度計溫敏電阻測溫單元的等效電路。圖3為本實用新型所述分子-電子感應式加速度計幅頻校正環節的等效電路(右圖為頻域矯正環節電路圖，左圖為幅值矯正環節電路圖)。圖4為未採用本實用新型所述溫度補償機制下，分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的幅頻特性曲線。圖5為加入的溫度補償機制後，分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的幅頻特性曲線。具體實施方式下面結合具體實施例對本實用新型做進一步說明，但本實用新型不受實施例的限制。在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」和「豎著」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接連接，亦可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個部件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，「多個」、「多組」、「多根」的含義是兩個或兩個以上。以下實施方式中所用材料、儀器和方法，未經特殊說明，均為本領域常規材料、儀器和方法，均可通過商業渠道獲得。實施例1本實施例針對1-300Hz採用溫度補償機制的採用單一圓柱形反應腔體結構的分子-電子感應式加速度計進行具體實施，並對其與現有技術中未採用本實用新型所述溫度補償機制的分子-電子感應式加速度計進行不同溫度下輸出一致性的對比。1-300Hz分子-電子感應式加速度計的性能指標如表1所示。表1靈敏度250V/(m/sec)輸出信號模擬量，差分輸出最大輸出±12V工作帶寬1sec–300Hz自身噪聲100nm/sec最大允許安裝傾角±180°工作溫度-40-+55℃防護等級IP54(另可提供IP67外殼)外殼尺寸D138.8*H176.7(單位:mm)重量<750g工作電壓12VDC工作電流<45mА圖1為本實用新型所述溫度補償機制原理圖。該溫度補償機制包括溫敏電阻測溫單元和幅頻校正環節；幅頻校正環節包括幅值校正電路和頻域矯正電路；溫敏電阻測溫單元固定安裝於分子-電子感應式加速度計的反應腔外部；幅值校正電路的信號輸入端分別與溫敏電阻測溫單元的信號輸出端和分子-電子感應式加速度計的原始溫度信號輸出端相連；頻域矯正電路的信號輸入端與幅值校正電路的輸出端相連。其中，溫敏電阻測溫單元包括陰極電路模塊和陽極電路模塊；陰極電路模塊包括電容Cas1、電容Cas2、電容Cdl1和Rct；陽極電路模塊包括電容Cas3、電容Cas4、電容Cdl2和電阻Ret；溫敏電阻測溫單元還包括電阻Rp、電感Ls、電容Ce、電阻R、電阻R』、電阻Rd和電感Ld以及溫敏電阻運算放大器U1；所述陰極電路模塊和陽極電路模塊之間通過電感Ls和電容Ce相連；溫敏電阻運算放大器U1的反相輸入端和同相輸入端分別通過電阻R和電阻R』與陽極電路模塊相連；溫敏電阻運算放大器U1的輸出端通過串聯的電阻Rd和電感Ld與陽極電路模塊相連。溫敏電阻測溫單元具體的電路結構連接如圖2所示，並且各電容、電阻和電感等元器件的具體規格數值可根據分子-電子感應式加速度計的實際規格而具體設計。同時，該溫敏電阻測溫單元外連接有0.8V電源。幅值校正電路包括幅值矯正運算放大器U2、幅值矯正運算放大器U3和幅值矯正運算放大器U4；幅值矯正運算放大器U2的反相輸入端與輸出端通過電阻RZ1相連；幅值矯正運算放大器U3的反相輸入端與輸出端通過電阻RZ2相連；幅值矯正運算放大器U4的輸出端通過電阻RZ5與反相輸入端相連；幅值矯正運算放大器U4的反相輸入端通過電阻RZ3與幅值矯正運算放大器U2的輸出端相連；幅值矯正運算放大器U4的同相輸入端通過電阻RZ4與幅值矯正運算放大器U3的輸出端相連；其中，幅值校正電路的電路結構、元器件的連接以及元器件的規格數值如圖3的左圖所示，並且各元器件的規格數值可分子-電子感應式加速度計的實際規格而另行具體設計。頻域矯正電路包括頻域矯正運算放大器U5；頻域矯正電路還包括電容C1、電容C2、電阻RT3、電阻R4、電阻R5、電阻R6和電阻R7。同時，頻域矯正運算放大器採用OP4117晶片。其中，頻域校正單元的電路結構、元器件的連接以及元器件的規格數值如圖3的右圖所示，並且各元器件的規格數值可分子-電子感應式加速度計的實際規格而另行具體設計。圖4為未採用本實用新型所述溫度補償機制下，分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的幅頻特性曲線。加入該幅頻校正環節之後即可改善分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的幅頻響應特性，改善後的幅頻響應特性如圖5所示。從圖4和圖5可以清楚的看出，本實用新型提出的溫度補償方法可以有效改善分子-電子感應式加速度計在不同溫度下的輸出一致性。雖然本實用新型已以較佳的實施例公開如上，但其並非用以限定本實用新型，任何熟悉此技術的人，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp