液體型加速度傳感器的製作方法
2023-10-04 20:33:54 1
專利名稱：液體型加速度傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機車用傳感器，尤其涉及一種液體型加速度傳感器。
背景技術：
從物質永恆運動觀點來看，加速度是個基本的物理量，對加速度進行一次和二次積分，可以得出速度和位移量；汽車的加速度傳感器，主要用於安全氣囊，用以抑制「二次碰撞」，加速度傳感器種類繁多，性價比各異，市場上典型產品有美國ADI公司的ADXL系列和Motorola公司的MMA系列產品，它們都屬於微型矽半導體電容式加速度傳感器。微型矽半導體電容式加速度傳感器，此傳感器的工作原理是電容型變距式，超程抗損能力有限，當量程需要改變時，需改變結構與功能組件，還必須有彈簧，防撞杆也是需要的，輸出結果的處理，還需要修剪，機械加工及封裝均要求苛刻。
發明內容
本發明的目的是提供一種製造簡單，使用方便的液體型加速度傳感器。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是一種液體型加速度傳感器，包括玻璃管環，其特徵是玻璃管環的管環內一部分裝有鉈汞齊；玻璃管環的軸向兩側端面上的一半端面上分別對應固定有一個傳感電容極板，傳感電容極板上分別引出傳感電容引線，傳感電容引線與信號處理電路連接；信號處理電路包括信號振蕩部分，此信號有兩路輸出，一路經1IC2緩衝，驅動逆變器，逆變輸出輔助信號u；另一路，由1IC3緩衝，驅動分頻器，將頻率減半；再經過1IC4緩衝輸出開關脈衝信號A；在1IC4輸出端再經反相放大器1IC5反相，輸出開關脈衝信號B；傳感電容2C1與參考電容2C2對輔助信號u進行分壓，在開關脈衝信號A和B的作用下，順序通過交流開關，且由於分頻緣故，是一周期開關，再經緩衝，順序進入電容，電容分別連接在電子放電開關上，非放電時，鎖存狀態不受影響；放電時，相領兩峰的壓差被得出，經過5IC1和5IC2獲取，並經各自隨後的兩極同相放大與設定值比較，如超過設定值，則觸發單穩態電路輸出高電平；正電源部分採用一塊低壓差穩壓器接到蓄電池上；負電源採有振蕩、逆變、整流、濾波、穩壓等電路輸出負電壓。
根據所述的液體型加速度傳感器，其特徵是玻璃管環的橫截面為矩形。
根據所述的液體型加速度傳感器，玻璃管環外面設計有橡膠外套，橡膠外套外面設計有塑料外套。
本發明與美國ADI公司的ADXL系列加速度傳感器相比具有的優點效果見下表
本發明結構簡潔，信號處理電路簡單，接近於無限大的超程抗損能力。通過上表的對比，可以得出本發明製造簡單，使用方便。
由於採用普通級的加工封裝方式，體積、重量都比ADXL系列大。液體的蒸發、吸附、液面的表面張力、液體的溫度效應，都會輕微地影響到測量精度。可以通過改變其工作頻率和工作液體的摻雜改性等措施來儘量的減少不良影響。再者說，對於有足夠安裝空間的汽車來說，體積稍大，不算是什麼問題。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為圖1的B-B剖視圖；圖4為本發明封裝後的結構示意圖。
圖5為本發明的電路方框圖；圖6為部分單元電路原理圖之一；圖7為部分單元電路原理圖之二；圖8為部分單元電路原理圖之三；圖9為部分單元電路原理圖之四；圖10為部分單元電路原理圖之五；圖11為總電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步說明本發明的實施方式一種液體加速度傳感器，包括裝置部分和信號處理電路部分。
裝置部分如圖1、2、3所示，包括玻璃管環1，玻璃管環1的橫截面為矩形。玻璃管環1的管環內一部分裝有鉈汞齊2；玻璃管環1的軸向兩側端面上的一半端面上分別對應固定有一個傳感電容極板3，傳感電容極板3可為鋁箔。傳感電容極板3上分別引出傳感電容引線4，傳感電容引線4與信號處理電路連接，傳感電容在信號處理電路中為2C1。
使用時，如圖4所示，傳感電容玻璃管環外表面可以設計有橡膠外套，橡膠外套外表面設計有塑料外套，起到封裝保護作用。
信號處理電路部分如圖5～11所示，包括1IC1，電阻1R1，1R2，1R3，1R4，1R5，電容1C1，1C2，1C3組成信號振蕩部分，此信號有兩路輸出，一路經1IC2緩衝，驅動由電阻1R6，1R7，1R8，1R9，三極體1VT1，1VT2，變壓器1T1組成的逆變器，逆變輸出輔助信號u；另一路，由1IC3緩衝，驅動由電阻1R10，1R11，1R12，1R13，1R14，1R15，電容1C4，1C5，1C6，1C7，1C8，1C9，二極體1VD1，1VD2，三極體1VT3，1VT4所組成的分頻器，將頻率減半；再經過1IC4緩衝輸出開關脈衝信號A；在1IC4輸出端再經反相放大器1IC5反相，輸出開關脈衝信號B。傳感電容2C1與參考電容2C2對輔助信號u進行分壓，經3IC1的緩衝及電容3C1、3C2、3C3、3C4的耦合，在開關脈衝信號A和B的作用下，順序通過由電阻3R1，3R2，3R3，3R4，3R5，3R6，電容3C5，3C6，3C7，3C8，三極體3VT1，3VT2所組成的交流開關，且由於分頻緣故，是一周期開關，再經4IC1和4IC2的緩衝，順序進入電容4C1、4C2和4C3、4C4，由於二極體4VD1、4VD2、和4VD3、4VD4的單向導電性，此信號被鎖存在電容4C1、4C2和4C3、4C4上，這4個電容分別連接4個一模一樣的電子放電開關上，由於直流電壓高於輔助信號的峰值，非放電時，鎖存狀態不受影響；放電時，由於交錯連接緣故，相領兩峰值的壓差被得出，經過5IC1和5IC2獲取，並經各自隨後的兩極同相放大5IC3、5IC5和5IC4、5IC6與設定值比較，6IC1、6IC2及外圍元件組成比較器，設定值由電阻6R1、6RP1和6R9、6RP3組成，調節電阻6RP1和6RP3可改變設定值，如超過設定值，則觸發由7IC1及外圍元件和7IC2及外圍元件組成的單穩態電路輸出高電平。6IC3和6IC4為防誤而設，電阻6R6和6C1及6R14和電容6C2的時間常數要適當。
正電源部分採用一塊低壓差穩壓器接到蓄電池上。負電源稍複雜，採用振蕩、逆變、整流、濾波、穩壓等電路。9IC1及電阻9R1、9R2，9R3、9R4，9R5，電容1C1，1C5，1C6組成振蕩電路；9IC2緩衝，驅動由電阻9R6、9R7、9R8、9R9、三極體9VT1、9VT2、變壓器9T1組成的逆變器，經二極體9VD1、9VD2、9VD3、9VD4整流、電容9C2濾波，接到低壓差穩壓器9IC3 LM2931上。原來該穩壓器為正輸出電壓，將其正輸出端接地，則其原來接地端則相應變為負輸出電壓，輸出-9v電壓。
由於此信號處理工作原理為比較前後兩周期信號峰植，進而得出差值，勢必造成第1次比較的結果錯誤，為防誤動，設有8IC1及外圍元件及附屬電路所組成的延時接通電路控制輸出結果，以糾正錯誤。11C1為自檢電容。
本發明液體型加速度傳感器機械部分的具體製作方法做一個壁厚1mm的、橫截面為方形且內截面為3mm×3mm、中徑為6.5mm的玻璃方管環。然後向管環腔內注入圓心角約為170°的鉈汞齊，抽氣、密封，在管環端面的一半，貼上與之半圓等面積的鋁箔，鋁箔厚約0.1mm左右。在另一平面的對應處同樣貼上鋁箔。起傳感作用的變介式傳感電容即做成，在電路圖中變介式傳感電容為2C1。在兩極板引出導線，導線直徑為0.5mm，材質選銅。把管環用車用橡膠(任意汽車用的橡膠)封成一個扁方塊，厚5mm左右，起緩衝作用。再用車用塑料(任意汽車用塑料)封一次，封成一個大一些的扁方塊，厚5mm起防護作用。儘量固定在汽車底盤的前後方向的中軸線上，並且在車兩側看，管環是立圓環。汽車產生正或負的加速度時，方管環中的鉈汞齊將隨之運動，這便造成了傳感電容的電容發生變化。通過電容變化轉變為電壓變化，對變化的電壓進行(等時)採樣，相鄰兩採樣值的差值，正比於加速度的大小，由此便得出加速度。
本發明信號的處理用參考電容和傳感電容串聯，對交流輔助信號分壓，經過充電開關+峰值保持+放電開關所組成的一周期信號存儲比較器，得出差值，再經過放大若干倍和設定值比較，決定是否有高電平輸出，從而決定氣囊的動作與否。在這裡要特別說明三點1、輔助信號測量電路的一部分，為測電容的變化而設，功能類似於無線電接收機的本振電路。
2、一周期峰值存儲比較器是通過交流信號峰值和直流電源的壓差實現充放開關功能的；通過快放充慢實現峰值保持的；通過放電開關的交錯連接和分頻控制的開關信號實現的一周期存儲的；通過放電開關在放電的同時得到了比較結果的。特別提請注意一點，此比較器第1次的輸出結果為錯誤，因此設有延通糾正。
3、開機自檢開機時自動將輸出端切換到自檢端，再經過一定的時間，自動給傳感電容並上適當的電容，如電路系統存在故障，則會有燈光指示。
本發明電路圖中有關數據1IC1＝1/4LM139 1IC2＝1/4LM1241IC3＝1/4LM1241IC4＝1/4LM124 1IC5＝1/4LM1243IC1＝1/4LM1244IC1＝1/4LM124 4IC2＝1/4LM1245IC1＝1/4LM124 5IC2＝1/4LM1245IC3＝1/4LM1245IC4＝1/4LM124 5IC5＝1/4LM1245IC6＝1/4LM1246IC6＝1/4LM139 6IC2＝1/4LM1396IC3＝1/4LM1396IC4＝1/4LM1397IC1＝1/4LM139 7IC2＝1/4LM139
8IC1＝1/4LM1399IC1＝1/4LM139 9IC2＝1/4LM124 9IC3＝LM293110IC1＝LM294111IC1＝1/4LM139 11IC2＝1/4LM139 11IC3＝1/4LM12411IC4＝1/4LM12權利要求
1.一種液體型加速度傳感器，包括玻璃管環(1)，其特徵是玻璃管環(1)的管環內一部分裝有鉈汞齊(2)；玻璃管環(1)的軸向兩側端面上的一半端面上分別對應固定有一個傳感電容極板(3)，傳感電容極板(3)上分別引出傳感電容引線(4)，傳感電容引線(4)與信號處理電路連接；信號處理電路包括信號振蕩部分，此信號有兩路輸出，一路經1IC2緩衝，驅動逆變器，逆變輸出輔助信號u；另一路，由1IC3緩衝，驅動分頻器，將頻率減半；再經過1IC4緩衝輸出開關脈衝信號A；在1IC4輸出端再經反相放大器1IC5反相，輸出開關脈衝信號B；傳感電容2C1與參考電容2C2對輔助信號u進行分壓，在開關脈衝信號A和B的作用下，順序通過交流開關，且由於分頻緣故，是一周期開關，再經緩衝，順序進入電容，電容分別連接在電子放電開關上，非放電時，鎖存狀態不受影響；放電時，相領兩峰的壓差被得出，經過5IC1和5IC2獲取，並經各自隨後的兩極同相放大與設定值比較，如超過設定值，則觸發單穩態電路輸出高電平；正電源部分採用一塊低壓差穩壓器接到蓄電池上；負電源採用振蕩、逆變、整流、濾波、穩壓等電路輸出負電壓。
2.根據權利要求1所述的液體型加速度傳感器，其特徵是玻璃管環(1)的橫截面為矩形。
3.根據權利要求1或2所述的液體型加速度傳感器，玻璃管環(1)外面設計有橡膠外套(5)，橡膠外套(5)外面設計有塑料外套(6)。
全文摘要
一種液體型加速度傳感器，用於測量機車的加速度。包括玻璃環，玻璃環橫截面為矩形，玻璃環的管環內一部分裝有鉈汞齊；玻璃環兩側端面上的一半端面上分別對應固定有一個傳感電容極板，傳感電容極板與信號處理電路連接。電路包括信號振蕩部分，此信號有兩路輸出，一路經1IC2緩衝，驅動逆變器，逆變輸出輔助信號u；另一路，由1IC3緩衝，驅動分頻器，將頻率減半；再經過1IC4緩衝輸出開關脈衝信號A；在1IC4輸出端再經反相放大器1IC5反相，輸出開關脈衝信號B；傳感電容2C1與參考電容2C2對輔助信號u進行分壓，與設定值比較，觸發單穩態電路輸出高電平。相鄰兩採樣值的差值，正比於加速度的大小，由此便得出加速度。本傳感器結構簡潔，信號處理電路簡單。
文檔編號G01P15/125GK101093229SQ20071001608
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者劉廣強 申請人:劉廣強