CN110068317A - 一种具有限位保护结构的石英挠性摆片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，包括摆片本体，其特征在于：在所述摆片本体的摆舌正反端面上均间隔均匀布置有限位台，摆舌两端面上的限位台对称设置，各限位台沿着摆舌各端面的外缘设置。本具有限位保护结构的石英挠性摆片，通过在原有石英挠性摆片的基础上进行设计，可满足现有石英挠性加速度计的需求，降低了实现成本；通过在摆舌上设置限位台，可以阻止摆片电容极板与导磁环接触，避免摆片金膜受损甚至摆片变形引起的两侧电容值和电容差值变化，提高加速度计偏值稳定性；杜绝电容与地短路引起线路正反馈的故障，提高加速度计抗冲击、振动的可靠性。

Description

一种具有限位保护结构的石英挠性摆片

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种石英挠性摆片，特别是一种具有限位保护结构的石英挠性摆片。

背景技术

石英挠性加速度计是一种差动电容式闭环高精度的传感器，最早由美国森的斯坦公司于二十世纪七十年代研制成功，具体结构在美国专利(专利号4250757)有详细描述，它的表芯结构如图1所示，是目前国内惯性导航测量及制导系统普遍使用的结构最简单的高精度加速度计。

石英加速度计核心敏感元件是摆部件，由一个石英挠性摆片和两个力矩器线圈分别缠绕在各自力矩器线圈骨架上构成。两个线圈骨架通过粘接剂对称粘接到石英挠性摆片正反表面。摆片的摆舌正反表面镀覆金膜形成电容极板，与上下导磁环(作为测试线路的“地”)表面形成一对电容。

石英挠性加速度计工作原理为：当产品有沿敏感轴方向的加速度作用时，由于没有合外力作用，摆片保持原有运动状态，因此相对上、下力矩器产生位移，使两侧平板电容形成电容差。差动电容传感器敏感到电容差，产生一个与电容差成比例的电流。电流经伺服电路滤波、积分、放大等处理后加载在力矩线圈上，载流力矩线圈受到力矩器磁场的作用产生一个与输入加速度方向相同的电磁力F，使挠性摆片回复到平衡位置(两侧电容相等)。此时力矩线圈中的力矩电流反映了加速度的大小和方向，检出力矩线圈上的电流即可计算出输入加速度，实现加速度的测量。当产品沿敏感轴方向没有加速度作用时，力矩线圈上的电流反映了偏值大小。

通过电容检测原理计算和实测，加速度计偏值变化主要由正反电容极板的变形引起电容差值变化产生。

现有技术的摆片主要局限性在于：

1、电容极板与地之间间隙极小(约0.02mm±0.002mm)，在加速度计运输和周转时，摆片两侧金膜会与作为“地”的导磁环频繁接触或碰撞，引起摆片金膜受损甚至摆片变形，两侧电容值和电容差值发生变化，导致加速度计偏值稳定性变差，严重时加速度计无法正常工作；

2、为提高加速度计的测量精度，测试线路的输出电流和工作频带在一定量程范围内。当输入加速度大小或频率超出测试线路量程后，力矩电流有可能无法将摆片拉回平衡位置，导致一侧电容极板与作为“地”的导磁环接触，使得线路中容抗变为阻抗，引起线路负载相位特性变化，负反馈闭环成为正反馈闭环，测试线路无法正常工作。当输入加速度大小或频率恢复到测试线路量程以内时，测试线路也无法恢复正常工作。

通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构设计科学合理，能够在任何条件下始终保持传感器电容极板与地隔离的石英挠性摆片。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，包括摆片本体，其特征在于：在所述摆片本体的摆舌正反端面上均间隔均匀布置有限位台，摆舌两端面上的限位台对称设置，各限位台沿着摆舌各端面的外缘设置。

而且，所述的限位台为在摆舌的正反面上各设置三个。

而且，所述限位台的高度低于摆片本体支撑环上定位凸台的高度。

而且，所述摆片本体的摆部件在增加限位台前后，其质心保持不变。

本发明的优点和有益效果为：

本具有限位保护结构的石英挠性摆片，通过在原有石英挠性摆片的基础上进行设计，可满足现有石英挠性加速度计的需求，降低了实现成本；通过在摆舌上设置限位台，可以阻止摆片电容极板与导磁环接触，避免摆片金膜受损甚至摆片变形引起的两侧电容值和电容差值变化，提高加速度计偏值稳定性；杜绝电容与地短路引起线路正反馈的故障，提高加速度计抗冲击、振动的可靠性。

附图说明

图1为现有石英挠性加速度计三维爆炸视图；

图2为本发明石英挠性摆片的结构示意图；

图3为利用本发明装配的石英挠性加速度计的结构示意图(剖视图)。

附图标记

10.导磁环部件；11.导磁环；12.永磁体；13.导磁帽；20.摆部件；21.石英挠性摆片；211.摆舌；212.挠性梁；213.支撑环；214.定位凸台；215.金膜；216.限位台；22.力矩线圈；23.线圈骨架；30.连接环；41.胶结或焊接。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1是常规现有石英挠性加速度计三维爆炸视图。它包括上、下导磁环部件10、摆部件20和连接环30，导磁环11、永磁体12、导磁帽13组成导磁环部件10，导磁环部件10成对使用同轴镜像安装，通过连接环30连接在一起，在两导磁环部件10之间固装摆部件20。摆部件20包括石英挠性摆片21、上下线圈骨架23以及在上下线圈骨架上缠绕的力矩线圈22。

下面结合附图2、附图3，通过具体实施对本发明石英挠性加速度计作进一步详述。以下实施只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明石英挠性加速度计的保护范围。

图2是本发明的结构示意图。

石英挠性摆片21整体呈圆形片状，摆舌211通过两个挠性梁212连接到支撑环213上，支撑环213正反两面各有三个定位凸台214，与上下导磁环11表面形成电容间隙。摆舌211中心有一个通气孔，通气孔的尺寸根据气体阻尼的需要进行调节。摆舌211正反两面分别镀覆金膜215形成电容极板，与上下导磁环11(作为测试线路的“地”)表面形成一对电容。

石英挠性摆片21的创新之处在于：

1)在摆舌211正反端面的边缘，靠近三个定位凸台214的位置分别设置有三个限位台216。由于几何上三点确定一面，因此如果只有一个或两个限位台，不能同时限制摆舌211的上下移动、上下转动和左右转动，而多于三个限位台属于设计冗余，增加了加工的复杂性；

2)三对限位台216的高度介于摆舌211和定位凸台214之间。三对限位台216要起到限制摆片电容极板金膜215与导磁环11接触的作用，同时要预留摆片21变形的空间。因此，三对限位台216应高出摆舌211，同时尽量低于定位凸台214的高度；

3)三对限位台216的增加应当不引起摆性质量的质心变化，因此三对限位台216相对摆舌211应正反两面对称、左右对称，同时，三对限位台的总质心应与原摆部件20的摆性质量质心重合，也即摆部件在增加限位台前后，其质心应保持不变；

4)三对限位台216表面不镀覆金膜，其形状、位置和面积满足检测电容值的要求。

图3为利用本发明装配的石英挠性加速度计的结构示意图，包括：上、下导磁环部件10、摆部件20、连接环30，上、下导磁环10、摆部件20通过连接环30胶结或焊接41组装到一起。图中，由于三对限位台216的保护，摆片电容极板与导磁环11始终保持一定的距离，避免了金膜受损、检测电容极板与地导通的问题。

本发明通过在现有石英挠性摆片结构基础上，通过增加限位台结构设计，解决石英挠性加速度计运输、周转或超量程工作时，摆片金膜受损、摆片变形、检测电容极板与地导通的问题，实现保护摆片、保持电容极板与地绝缘的目的，同时提高加速度计偏值稳定性，适用于低量程、高分辨率加速度测量领域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，例如本发明所述的线圈骨架与摆片隔离方式，本领域的技术人员可根据本发明的启发，从而设计出多个隔离结构，因此，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，包括摆片本体，其特征在于：在所述摆片本体的摆舌正反端面上均间隔均匀布置有限位台，摆舌两端面上的限位台对称设置，各限位台沿着摆舌各端面的外缘设置。

2.根据权利要求1所述的一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，其特征在于：所述的限位台为在摆舌的正反面上各设置三个。

3.根据权利要求1所述的一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，其特征在于：所述限位台的高度低于摆片本体支撑环上定位凸台的高度。

4.根据权利要求1所述的一种具有限位保护结构的石英挠性摆片，其特征在于：所述摆片本体的摆部件在增加限位台前后，其质心保持不变。