CN100405011C - 新型压电石英水平姿态传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种敏感电子学领域里的主要应用于飞行器、机器人、车船、石油钻井、雷达卫星等姿态稳定与控制系统中的新型压电石英水平姿态传感器。其主要由敏感元件、信号处理电路、底座、外壳、插座组成。敏感元件采用了两只圆形压电石英晶片对称安装结构以及轴向和横向、纵向过载保护机构，并在敏感元件的上下增设双层减震器保护结构，敏感元件腔体的密封罩和基座采用了阳凸阴凹挤压密封和螺栓紧固结构。本发明是将物体姿态偏转转换为作用到压电石英晶片上的力，通过石英谐振器受力后频率变化测量物体水平姿态参数，具有分辨率强、稳定性高、非线性度低、启动速度快、测量范围和工作温度范围宽、抗高过载冲击强度以及输出为数字式等特点。

Description

新型压电石英水平姿态传感器

技术领域

本发明涉及一种敏感电子学领域里的主要应用于飞行器、机器人、车辆、船船、石油钻井平台、建筑、工业自动化设备，雷达以及卫星等的姿态稳定与控制系统中的新型压电石英水平姿态传感器，它包括敏感元件、信号处理电路、底座、外壳、插座。

背景技术

利用压电石英显著的力敏特性构成水平姿态传感器已有实用化产品，日本Tokyo Denpa C.LTD公司的压电石英倾斜仪测量范围为5.7°，精度为0.12°，寿命3000次，工作温度-10℃～50℃，主要用于建筑物、桥梁测斜。美国森德斯坦德数据控制公司的由QA-1300型石英挠性加速度计组合而成的两轴、三轴倾斜仪测量精度为0.23°，主要用于油井测斜。但是上述这些压电石英水平姿态测量仪存在的共同问题是稳定性和分辨率差，启动时间长，不能抗震动冲击，因此，它们满足不了要求高稳定、高分辨率、抗强震动冲击和快速启动的使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高稳定、分辨率强、可抗强震动冲击和启动速度快的压电石英水平姿态传感器。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思是在敏感元件中采用两只对称安装的圆形压电石英晶片，将被测物体的姿态偏转角度(φ)转换为作用到这两只对称安装的圆形压电石英晶片上的力F，利用压电石英显著的力敏特性，通过两个压电石英晶片受力后的频率变化从而可检测到被测物体的水平姿态参数，如图1所示，当一定切型的压电石英晶片受径向压力(如ΔF₁)作用时，谐振频率将由f变为f+Δf₁，而受径向拉力(如ΔF₂)作用时，谐振频率则由f变为f-Δf₂，通过检测谐振器的频率变化Δf₁或Δf₂，从而可得到对应的力变化ΔF₁或ΔF₂。因此，当压电石英水平姿态传感器有倾斜角输入时，将倾斜角对应的“姿态”转换为径向力分别作用在敏感元件中的两个对称安装的圆形压电石英晶片上。受径向力作用的两只压电石英晶片的谐振频率一个增大，变为(f+Δf₁)，而另一个减小，变为(f-Δf₂)。通过检测两个压电石英晶片的差动输出频率Δf＝(f+Δf₁)-(f-Δf₂)＝Δf₁+Δf₂即可得到传感器的输入倾斜角。

本发明新型压电石英水平姿态传感器的敏感结构原理如图2所示，当水平姿态传感器偏转一角度φ时，可求得两个压电石英谐振器压力变化时两个石英谐振器的差动输出频率Δf与φ的关系：

$\mathrm{\Δf}=2K_f\·\frac{f^2}{D\·n}\·\frac{b}{c}\·\mathrm{mg}(\sin \mathrm{\φ}-\sin {\mathrm{\φ}}_0)$

$=K_{\mathrm{\φ}}\·(\sin \mathrm{\φ}-\sin {\mathrm{\φ}}_0)---\left(1\right)$

式中， $K_{\mathrm{\φ}}=2K_f\·\frac{f^2}{D\·n}\·\frac{b}{c}\·\mathrm{mg}$ 是与水平姿态传感器敏感元件结构有关的比例系数，K_f是石英谐振器的拉氏(Ratajski)系数，D是传递ΔF的截面宽度，n是谐波系数。由式(1)可知，通过检测石英谐振器的频率变化量Δf，即可检测出姿态倾斜角。

量程和分辨率是传感器的两个基本技术参数。从表面上看，量程和分辨率之间互不相关，但实际上却相互牵制，在一定条件下，提高一个都将以损害另一个为代价。所以，可以将量程与分辨率的比值(用K表示)作为一个指标，用以反映传感器达到的水平。发明人通过研究得到了这一指标(K)与传感器相关参数的如下关系：

$K=\frac{\sqrt{2}\mathrm{\β}{T}_m{\mathrm{DN}}_0}{\mathrm{\ηn}{f}_0^2}\·K_f\frac{{\mathrm{nf}}_0^2}{D}=\frac{\sqrt{2}\mathrm{\β}{K}_f{N}_0{T}_m}{\mathrm{\η}}---\left(2\right)$

式中，f₀是石英谐振器的基频，n是谐波次数，K_f是石英谐振器拉氏(Ratajski)系数，T_m是石英谐振器的断裂极限应力，β是保险系数(＜1)，N₀是石英谐振器的频率常数，η是石英谐振器的频率稳定度，D是石英谐振器的受力面宽度。

式(2)将反映传感器性能的K与石英谐振器的相关结构参数联系了起来。知道传感器所用的石英谐振器的结构参数，即可算出传感器所能达到的K。或者根据传感器的技术指标要求，可计算出石英谐振器的参数指标，从而设计能满足要求的石英谐振器。

作为本发明基本构思的具体技术方案，本发明新型压电石英水平姿态传感器主要由敏感元件、信号处理电路、底座、外壳、插座组成。起支撑作用的底座与外壳用螺钉装配成腔体，底座安装敏感元件和信号处理电路，处理后的信号及电源经引出插座输出。

本发明中的敏感元件是由对称安装在上顶板和下座板圆柱体中心轴线两侧的两只圆形压电石英晶片组成，下座板放在托盘上，托盘固定在基座上，敏感质量块压在上顶板上，敏感质量块用于向两只圆形压电石英晶片传递被测物体的姿态偏转角度产生的径向作用力，两只圆形压电石英晶片有三种安装结构：或为竖直平行式，或为水平平行式，或为“八”字形。密封腔罩扣在基座上，基座上焊接有压电石英晶片信号输出接线柱和密封腔罩腔内抽真空的排气管。

本发明在敏感元件中设置了压电石英晶片过载保护机构，敏感质量块和下座板与托盘间的减震垫构成轴向过载保护机构，敏感质量块为弹性结构，由三段直径不同的圆柱体组成，上段大，是敏感质量块的主体，中段加工成弹簧状，下段是与上顶板装配的螺栓段；扣在托盘外侧的减震框构成横向及纵向过载保护机构，减震框上部四周及顶部设置限位螺钉，调整限位螺钉与敏感质量块前、后、左、右和顶部周边的间隙，限定敏感质量块的振动幅度，在本发明中，敏感质量块按照弹性体的不同有四种结构的优选方案，如图8所示：或为单螺旋式结构，或为双螺旋式结构，或为“工”字形两孔式结构，或为“工”字形三孔式结构；

本发明还在二维压电石英水平姿态传感器的敏感元件的上下增设双层减震器保护结构，第一层减震器为在敏感元件的下部增加的下定位减震器和在敏感元件的上部增加的上定位减震器，敏感元件、信号处理电路及固定板通过下定位减震器和上定位减震器整体悬置固定在由框架座、框架盖和四根框架柱组成的安装框架内，形成第一层减震器保护结构；第二层减震器为在底座的内侧与框架座之间设置的下减震器和在外壳的上顶内侧与框架盖之间设置的上减震器，整个安装框架通过下减震器和上减震器悬置固定在由底座和外壳构成的密闭腔体内，形成第二层减震器保护结构。

本发明的敏感元件腔体的密封腔罩和基座采用阳凸阴凹挤压密封和螺栓紧固结构，有二种结构的优选方案：或为凸凹形牙边牙口密封结构，或为劈形牙边密封结构。

本发明新型压电石英水平姿态传感器是将物体姿态偏转转换为作用到压电石英晶片上的力，通过石英谐振器受力后频率变化测量物体水平姿态参数，具有分辨率强、稳定性高、非线性度低、启动速度快、测量范围和工作温度范围宽、抗高过载冲击强度以及输出为数字式等特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是石英谐振器受径向力作用时的频率变化模式图。

图中(a)是受压力作用时的频率变化模式图，

    (b)是受拉力作用时的频率变化模式图。

图2是本发明新型压电石英水平姿态传感器敏感结构原理图。

图3是本发明一维压电石英水平姿态传感器结构示意图。

图中各部件序号和名称如下：1-底座，2-外壳；3-敏感元件；4、5-信号处理电路；6-电子元件；7-压板；8-双头螺柱；9-引线；10-插座；11-敏感元件减震垫；12-底座螺钉。

图4是本发明一维压电石英水平姿态传感器的敏感元件剖视图。

图中各部件序号和名称如下：13-敏感元件3的基座，14-密封垫圈，15-密封腔罩，16-托盘，17-防过载限位框，18a、18c-水平限位螺钉，19-轴向限位螺钉，20-调重块，21-敏感质量块，22-上顶板，23-压电石英晶片，24-下座板，25-联接螺栓，26a、26b-紧固螺钉，27-托盘螺钉，28a、28b-压电石英晶片引线，29a、29b-真空接线柱，30-螺栓，31-真空排气管，32-托盘减震垫。

图5是本发明敏感元件的两只压电石英晶片的三种安装结构示意图。

图中(a)为竖直平行式结构示意图，(b)为水平平行式结构示意图，(c)为“八”字式结构示意图。

图6是本发明新型压电石英水平姿态传感器敏感质量块结构示意图。

图7是新型压电石英水平姿态传感器的防过载限位框架结构示意图。

图8是本发明的敏感质量块的四种结构示意图。

图中(a)为单螺旋式结构，(b)为双螺旋式结构，(c)为“工”字形两孔式结构，(d)为“工”字形三孔式结构。

图9是本发明的敏感元件的真空密封腔体结构剖视图。

图10是本发明的敏感元件的密封腔体的密封结构剖视图。

图中(a)为凸凹形牙边牙口密封结构，(b)为劈形牙边密封结构。

图中各部件序号和名称如下：13-敏感元件3的基座，14-密封垫圈，15-密封腔罩，42a、42b-密封定位环，43a-环状凸形牙边，43b-环状凹形牙口，44a、44b-环状劈形牙边。

图11是本发明二维压电石英水平姿态传感器剖视图。

图中各部件序号和名称如下：1-底座，2-外壳，33-下定位减震器，34-固定板，3-敏感元件，4、5-信号处理电路，8-双头螺柱，7-压板，35-上定位减震器，6-电子元件，36-SR232接口，10-插座，9-引线。

图12是本发明二维压电石英水平姿态传感器的双层减震器保护结构示意图。

图中各部件序号和名称如下：1-底座，2-外壳，33-下定位减震器，3-敏感元件，35-上定位减震器，37-下减震器，38-框架座，39-框架柱，40-上减震器，41-框架盖。

图13是本发明二维压电石英水平姿态传感器的上定位减震器和下定位减震器结构示意图。

图中(a)为下定位减震器结构示意图，(b)为上定位减震器结构示意图。

图14是本发明二维压电石英水平姿态传感器的上减震器和下减震器结构示意图。

图中(a)为下减震器结构示意图，(b)为上减震器结构示意图。

具体实施方式

本发明新型压电石英水平姿态传感器具有一维和二维两种结构的实施方式，一维压电石英水平姿态传感器(如图3所示)主要由敏感元件3、信号处理电路4和5、底座1、外壳2和插座10组成，图4是一维压电石英水平姿态传感器的敏感元件的结构剖视图。起支撑作用的底座1与外壳2紧密配合装配成腔体，底座1上敏感元件3及信号处理电路4、5，敏感元件3与底座1之间有敏感元件减震垫11，电源及信号由引线9从插座10进出。敏感元件3是由对称安装在上顶板22和下座板24的圆柱体中心轴线两侧的两只圆形压电石英晶片23组成，两只圆形压电石英晶片23夹持在上顶板22和下座板24之间，经托盘16固定在基座13上，敏感质量块21压在上顶板22上；密封腔罩15扣在基座13上，其间垫密封垫圈14，并由联接螺栓25连接，形成密封腔体；基座13上有真空接线柱29a、29b和真空排气管31，两只圆形压电石英晶片有三种安装结构的优选方案(如图5所示)：或为竖直平行式安装结构，或为水平平行式安装结构，或为“八”字形安装结构。竖直平行式结构是把两只圆形压电石英晶片23a₁、23a₂竖直平行安装在上顶板22a和下座板24a之间；在水平平行式结构中，上顶板22b居中心位置，下座板24b对称分布在两侧，两只圆形压电石英晶片23b₁、23b₂水平对称平行地安装在上顶板22b和下座板24b之间；在“八”字形结构中，上顶板22c居中心位置，下座板24c对称分布在两侧，两只圆形压电石英晶片23c₁、23c₂水平呈“八”字形对称地安装在上顶板22c和下座板24c之间。

上述三种安装结构的优选方案中两只压电石英晶片23的引线28a、28b通过真空接线柱29a、29b分别与各自对应的激励电路连接，形成振荡电路，当被测物体的姿态改变时，两只圆形压电石英晶片作差频式输出，从而可检测到物体的姿态倾斜角。

如图4所示，本发明一维压电石英水平姿态传感器在敏感元件3中设置有压电石英晶片23的轴向和横向、纵向过载保护机构。轴向过载保护机构由敏感质量块21的中段弹性体、下座板24与托盘16间的减震器32、敏感质量块21的圆柱形质量体上部的可调节的轴向限位螺钉19构成，横向及纵向过载保护机构由防过载限位框17和防过载限位框17在敏感质量块21的圆柱形质量体四周的可调节限位螺钉18a、18b、18c、18d构成。

在敏感质量块21的结构中，如图6所示，圆柱形质量体是敏感质量块的主体，而弹性体则是传感器减震体系的一部分，也是大量程状态下传感器具有自修正特点的结构。图6中，d、D是弹性体的内外直径，(h₂-h₁)为弹性体的高，C点是整个敏感质量块的质心。在本发明中，敏感质量块按照弹性体的不同有四种结构的优选方案，如图8所示：敏感质量块21可以是单螺旋式结构，由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块21主体的质量体21a、可用于抗冲击缓冲的弹性体21b和用于与上顶板装配的螺栓段21c，质量体21a为大直径段(敏感质量块21的上段)，弹性体21b为中直径段(敏感质量块21的中段)，螺栓段21c为小直径段(敏感质量块21的下段)，弹性体21b加工成单螺旋弹簧状结构；敏感质量块21可以是双螺旋式式结构，由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块21主体的质量体21d、可用于抗冲击缓冲的弹性体21e和用于与上顶板装配的螺栓段21f，质量体21d为大直径段(敏感质量块21的上段)，弹性体21e为中直径段(敏感质量块21的中段)，螺栓段21f为小直径段(敏感质量块21的下段)，弹性体21e加工成双螺旋弹簧状结构；敏感质量块21可以是“工”字形两孔式结构，由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块21主体的质量体21m、可用于抗冲击缓冲的弹性体21n和用于与上顶板装配的螺栓段21s，质量体21m为大直径段(敏感质量块21的上段)，弹性体21n为中直径段(敏感质量块21的中段)，螺栓段21s为小直径段(敏感质量块21的下段)，弹性体21n加工成“工”字形两孔式结构；敏感质量块21可以是“工”字形三孔式结构，由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块21主体的质量体21x、可用于抗冲击缓冲的弹性体21y和用于与上顶板装配的螺栓段21z，质量体21x为大直径段(敏感质量块21的上段)，弹性体21y为中直径段(敏感质量块21的中段)，螺栓段21z为小直径段(敏感质量块21的下段)，弹性体21y加工成“工”字形三孔式结构。

防过载限位框的结构如图7所示，防过载限位框17是圆桶形镂空架结构，桶形架的内外直径分别为d′、D′，在桶形架的上端和顶端分别有四个横向限位螺钉孔18a、18b、18c、18d和一个轴向限位螺钉19，在限位框架的下部有紧固螺钉26a、26b，四个横向限位螺钉孔距框架底部的距离为L₂。由敏感质量块的d、D、h₁、h₂的大小及C的位置，以及与之匹配的限位框架的d′、D′、L₂的取值，可决定传感器的量程大小、抗振动冲击能力及抗过载能力强弱。

当外界对压电石英水平姿态传感器施加强震动冲击和高过载时，由图3中的敏感元件减震垫11和图4中托盘减震垫32、敏感质量块21的弹性柱体、防过载限位框17及四周的可调节限位螺钉18a、18b、18c、18d，以及轴向限位螺钉19构成减震及防过载限位保护装置，从而提高传感器的环境适应能力。

本发明一维压电石英水平姿态传感器的敏感元件的密封腔体由基座、密封腔罩及密封垫圈构成，如图9所述。密封腔体的密封结构或为凸凹形牙边牙口结构，或为劈形牙边结构，配置关系如图10所示。基座13和密封腔罩15上分别有密封定位环，用以固定密封垫圈的位置。密封时用装配夹具将基座13的环状凸形牙边或环状劈形牙边压入密封垫圈14，从而完成密封，用联接螺栓25紧固。密封腔改善了石英晶体谐振器的工作环境，从而提高了石英晶体谐振器的频率稳定性。本发明一维压电石英水平姿态传感器的主要性能指标如表1所示。

表1本发明一维压电石英水平姿态传感器不同实施方案的主要性能指标

实施方案	测量范围	分辨率	响应时间(ms)	非线性度(％FS)	稳定性(1/min)	输出形式
							实施方案1	0.0001°～50°	0.001°	＜50	＜0.1	1×10<sup>-9</sup>	数字式输出
实施方案2	0.0001°～50°	0.001°	＜50	＜0.1	1×10<sup>-9</sup>	数字式输出

本发明二维压电石英水平姿态传感器主要由敏感元件3、信号处理电路4和5、底座1、外壳2和插座10组成，如图11所示。起支撑作用的底座1与外壳2紧密配合，构成腔体，敏感元件3安装在固定板34上，底座1上安装信号处理电路4、5，电源及信号由引线9通过SR232接口36和插座10进出。

本发明二维压电石英水平姿态传感器在敏感元件3的上下增设双层减震器保护结构，如图11和12所示，第一层减震器为在敏感元件3的下部增加的下定位减震器33、在敏感元件3的上部增加的上定位减震器35，下定位减震器33装在框架座38的上面，上定位减震器35装在框架盖41的下面，安装框架由框架座38、框架盖41和四根框架柱39用螺栓拉紧装配在一起形成，敏感元件3、信号处理电路4和5及固定板34通过下定位减震器33和上定位减震器35整体悬置固定在安装框架内，形成第一层减震器保护结构；第二层减震器为在底座1的内侧与框架座38之间设置的下减震器37、在外壳2的上顶内侧与框架盖41之间设置的上减震器40，整个安装框架通过下减震器37和上减震器40悬置固定在由底座1和外壳2构成的密闭腔体内，形成第二层减震器保护结构。

下定位减震器33、上定位减震器35、下减震器37、上减震器40由硅橡胶制成，其结构如图13、图14所示。

当外界对二维压电石英水平姿态传感器施加强震动冲击和高过载时，由敏感元件3的减震及防过载限位保护装置和下定位减震器33、上定位减震器35，以及下减震器37和上减震器40构成整个传感器的减震及防过载限位保护装置，从而提高了传感器的抗强震动冲击的能力。

当有倾斜角输入时，二维压电石英水平姿态传感器能同时敏感x轴和y轴两个方向的输入倾斜角。二维压电石英水平姿态传感器抗冲击强度可达10000g，测量范围0.0001°～50°，本发明二维压电石英水平姿态传感器的几种实施方案的主要性能指标如表2所示。

表2本发明二维压电石英水平姿态传感器的几种实施方案的主要性能指标

实施方案	测量范围	分辨率	响应时间(ms)	非线性度(％FS)	稳定性(1/min)	输出形式
							实施方案1	0.0001°～50°	0.001°	＜50	＜0.1	1×10<sup>-9</sup>	数字式输出
实施方案2	0.0001°～50°	0.001°	＜50	＜0.1	1×10<sup>-9</sup>	数字/模拟式输出
							实施方案3	0.0001°～50°	0.001°	＜50	＜0.05	1×10<sup>-9</sup>	数字/模拟式输出

Claims (10)

1.一种压电石英水平姿态传感器，它包括敏感元件、信号处理电路、底座、外壳和插座，其特征在于：敏感元件(3)是由对称安装在上顶板(22)和下座板(24)的圆柱体中心轴线两侧的两只圆形压电石英晶片(23)、上顶板(22)、下座板(24)、敏感质量块(21)、托盘(16)、密封腔罩(15)、基座(13)、密封垫圈(14)、联接螺栓(25)、真空接线柱(29a、29b)和真空排气管(31)组成；两只圆形压电石英晶片(23)夹持在上顶板(22)和下座板(24)之间，经托盘(16)固定在基座(13)上，敏感质量块(21)压在上顶板(22)上；密封腔罩(15)扣在基座(13)上，其间垫密封垫圈(14)，并由联接螺栓(25)连接，形成密封腔体，基座(13)上有真空接线柱(29a、29b)和真空排气管(31)；在敏感元件(3)中设置了压电石英晶片(23)的轴向和横向、纵向过载保护机构，轴向过载保护机构由敏感质量块(21)、减震垫(32)和可调节的轴向限位螺钉(19)构成，减震垫(32)位于下座板(24)与托盘(16)之间，轴向限位螺钉(19)位于敏感质量块(21)的圆柱形质量体(21a)的上部；横向、纵向过载保护机构由防过载限位框(17)和质量体(21a)四周的可调节限位螺钉(18a、18b、18c、18d)构成；构成敏感元件(3)腔体的密封腔罩(15)和基座(13)采用阳凸阴凹挤压密封和螺栓紧固结构。

2.按照权利要求1所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的两只圆形压电石英晶片(23)的安装结构可以采用竖直平行式结构或水平平行式结构或“八”字形结构的其中之一，竖直平行式结构是两只圆形压电石英晶片(23a₁、23a₂)竖直平行安装在上顶板(22a)和下座板(24a)之间；在水平平行式结构中，上顶板(22b)居中心位置，下座板(24b)对称分布在两侧，两只圆形压电石英晶片(23b₁、23b₂)水平对称平行地安装在上顶板(22b)和下座板(24b)之间；在“八”字形结构中，上顶板(22c)居中心位置，下座板(24c)对称分布在两侧，两只圆形压电石英晶片(23c₁、23c₂)水平呈“八”字形对称地安装在上顶板(22c)和下座板(24c)之间；以上三种安装结构中的两只圆形压电石英晶片(23a₁、23a₂)，(23b₁、23b₂)和(23c₁、23c₂)的电极引线分别与各自的激励电路相联。

3.按照权利要求1所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的敏感质量块(21)可以采用单螺旋式结构或双螺旋式结构或“工”字形两孔式结构或“工”字形三孔式结构的其中之一，单螺旋式结构的敏感质量块是由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块(21)主体的质量体(21a)、可用于抗冲击缓冲的弹性体(21b)和用于与上顶板装配的螺栓段(21c)，质量体(21a)为敏感质量块(21)的大直径段，弹性体(21b)为敏感质量块(21)的中直径段，螺栓段(21c)为敏感质量块(21)的小直径段，弹性体(21b)加工成单螺旋弹簧状结构；双螺旋式结构的敏感质量块是由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块(21)主体的质量体(21d)、可用于抗冲击缓冲的弹性体(21e)和用于与上顶板装配的螺栓段(21f)，质量体(21d)为敏感质量块(21)的大直径段，弹性体(21e)为敏感质量块(21)的中直径段，螺栓段(21f)为敏感质量块(21)的小直径段，弹性体(21e)加工成双螺旋弹簧状结构；“工”字形两孔式结构的敏感质量块是由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块(21)主体的质量体(21m)、可用于抗冲击缓冲的弹性体(21n)和用于与上顶板装配的螺栓段(21s)，质量体(21m)为敏感质量块(21)的大直径段，弹性体(21n)为敏感质量块(21)的中直径段，螺栓段(21s)为敏感质量块(21)的小直径段，弹性体(21n)加工成“工”字形两孔式结构；“工”字形三孔式结构的敏感质量块是由三段直径不同的圆柱体组成，包括作为敏感质量块(21)主体的质量体(21x)、可用于抗冲击缓冲的弹性体(21y)和用于与上顶板装配的螺栓段(21z)，质量体(21x)为敏感质量块(21)的大直径段，弹性体(21y)为敏感质量块(21)的中直径段，螺栓段(21z)为敏感质量块(21)的小直径段，弹性体(21y)加工成“工”字形三孔式结构。

4.按照权利要求1所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述敏感元件(3)的密封腔罩(15)和基座(13)之间的阳凸阴凹挤压密封结构可以采用凸凹形牙边牙口结构或劈形牙边结构的其中之一，在凸凹形牙边牙口结构中，基座(13)和密封腔罩(15)上分别有用以固定密封垫圈位置的密封定位环(42a、42b)，密封腔罩(15)和基座(13)之间有密封垫圈(14)，基座(13)的环状凸形牙边压入密封垫圈(14)，密封腔罩(15)和基座(13)用联接螺栓(25)紧固；在劈形牙边结构中，基座(13)和密封腔罩(15)上分别有用以固定密封垫圈位置的密封定位环(42a、42b)，密封腔罩(15)和基座(13)之间有密封垫圈(14)，基座(13)的环状劈形牙边压入密封垫圈(14)，密封腔罩(15)和基座(13)用联接螺栓(25)紧固。

5.按照权利要求1所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：压电石英水平姿态传感器具有一维结构或二维结构，在二维压电石英水平姿态传感器的敏感元件(3)的上下增设双层减震器保护结构，第一层减震器为在敏感元件(3)的下部增加的下定位减震器(33)、在敏感元件(3)的上部增加的上定位减震器(35)，下定位减震器(33)装在框架座(38)的上面，上定位减震器(35)装在框架盖(41)的下面，安装框架由框架座(38)、框架盖(41)和四根框架柱(39)用螺栓拉紧装配在一起形成，敏感元件(3)、信号处理电路(4、5)及固定板(34)通过下定位减震器(33)和上定位减震器(35)整体悬置固定在安装框架内，形成第一层减震器保护结构；第二层减震器为在底座(1)的内侧与框架座(38)之间设置的下减震器(37)、在外壳(2)的上顶内侧与框架盖(41)之间设置的上减震器(40)，整个安装框架通过下减震器(37)和上减震器(40)悬置固定在由底座(1)和外壳(2)构成的密闭腔体内，形成第二层减震器保护结构。

6.按照权利要求5所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的下定位减震器(33)是一个四个角为圆角的长方形橡胶垫，沿长方形橡胶垫的长边方向对称开有二个圆形通孔。

7.按照权利要求5所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的上定位减震器(35)是一个四个角为圆角的长方形橡胶垫，沿长方形橡胶垫的长边方向对称开有二个圆形的与敏感元件(3)的顶部形状相吻合的凹槽，沿长方形橡胶垫的长边方向靠近圆角的部位开有二个通孔，上定位减震器(35)的面积大小以能刚好被框架盖(41)罩住为准。

8.按照权利要求5所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的下减震器(37)是一个开有与框架座(38)形状相吻合的长方形凹槽的、可以使框架座(38)能嵌入的长方形橡胶垫。

9.按照权利要求5所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的上减震器(40)是一个开有与框架盖(41)形状相吻合的长方形凹槽的、可以使框架盖(41)能嵌入的长方形橡胶垫。

10.按照权利要求5所述的压电石英水平姿态传感器，其特征在于：所述的下定位减震器(33)、上定位减震器(35)、下减震器(37)、上减震器(40)均采用具有弹性的材料制成。

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