CN112730892A - 振梁结构及振梁加速度计敏感结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械技术领域，公开了一种振梁结构及振梁加速度计敏感结构。其中，该振梁结构包括两个连接单元、两个锁能单元、两个驻波节点和两个叉指，两个所述叉指并联连接在两个所述驻波节点之间，每个锁能单元一端与一个所述驻波节点未连接两个所述叉指的一端连接，另一端与一个所述连接单元连接。由此，可以通过驻波节点与锁能单元配合实现双叉指振动能量的内聚，提高振梁Q值，提高加速度计快速启动特性。并且，锁能单元对对称性要求低，降低了振梁加工难度，提高了成品率，降低了加工成本。此外，振梁在总长度、厚度不变的情况下降低了振梁Z向刚度，提高了加速度计标度因数。
Description
技术领域
本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种振梁结构及振梁加速度计敏感结构。
背景技术
以巡航导弹、远程轰炸机、潜艇、洲际导弹、高超声速飞行器为代表的新一代战略武器，对高精度、高可靠、高稳定性、低成本的小型高精度加速度计的需求极为迫切。典型指标是测量范围±50g，偏值稳定性5μg，标度因数稳定性5ppm。目前采用陀螺摆加速度计(简称PIGA)，但其复杂的结构、较大的体积和重量、维护困难等特点难以满足未来战略武器的发展需求。以振梁为原理的MEMS加速度计是当前小型高精度加速度计最重要的技术发展方向，可以覆盖战略领域的应用，是战略武器高精度惯性导航系统的首选核心器件。
振梁加速计是通过一对精密挠性支撑束缚检测质量块做单自由度运动，在检测质量块的输入轴方向安装一对以推挽方式加载的力敏感振梁，当有加速度输入时，检测质量块产生力效应，并把力传递到振梁上，使得一个振梁承受拉力作用频率升高，另一个振梁承受压力作用频率降低，这两个频率差与输入的加速度成正比，通过晶体振荡器电路检测出这两个频率值，再根据它们之间的数学模型计算出加速度值。
目前的振梁加速度计敏感结构主要由振梁和摆片组成，其中振梁和摆片通过胶粘工艺粘接，振梁加速度计要达到较高的性能且满足型号需求，在目前振梁加速度计设计上需要解决以下问题：
1.加速度计启动速度慢。振梁在激振电路驱动下双叉指谐振，实现加速度计启动，叉指在启动过程中能量外传，不能聚集于叉指内部，导致加速度计启动速度慢；
2、振梁加工难度大，成品率低，成本高。
3、加速度计精度低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种振梁结构及振梁加速度计敏感结构，能够解决上述现有技术中的问题。
本发明的技术解决方案：一种振梁结构，其中，该振梁结构包括两个连接单元、两个锁能单元、两个驻波节点和两个叉指，两个所述叉指并联连接在两个所述驻波节点之间，每个锁能单元一端与一个所述驻波节点未连接两个所述叉指的一端连接，另一端与一个所述连接单元连接。
优选地，所述连接单元为长方体、U形或口形。
优选地，所述叉指为圆柱结构或棱柱结构。
优选地，所述振梁结构为一体化平面结构。
优选地，所述驻波节点的宽度大于并联的两个所述叉指的宽度，所述锁能单元的宽度小于所述驻波节点的宽度，所述连接单元的宽度大于所述锁能单元的宽度。
本发明还提供了一种振梁加速度计敏感结构，其中，该加速度计敏感结构包括摆片和上述的振梁结构，所述摆片包括质量块和外框，所述振梁结构的一端与所述质量块连接，另一端与所述外框连接。
优选地，所述振梁结构跨越质量块的转轴与所述质量块和所述外框连接。
优选地，所述振梁结构跨越质量块的自由端与所述质量块和所述外框连接。
优选地，所述振梁结构的数量为两个，两个所述振梁结构以对称方式设置在所述摆片的上下两侧。
通过上述技术方案，可以通过驻波节点与锁能单元配合实现双叉指振动能量的内聚，提高振梁Q值，提高加速度计快速启动特性。并且，锁能单元对对称性要求低，降低了振梁加工难度，提高了成品率，降低了加工成本。此外，振梁在总长度、厚度不变的情况下降低了振梁Z向刚度，提高了加速度计标度因数。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种振梁结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种振梁加速度计敏感结构的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种振梁加速度计敏感结构的示意图。
附图标记说明
1连接单元；2锁能单元；3驻波节点；4叉指；
5振梁；6质量块；7外框。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种振梁结构的示意图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种振梁结构，其中，该振梁结构包括两个连接单元1、两个锁能单元2、两个驻波节点3和两个叉指4，两个所述叉指4并联连接在两个所述驻波节点3之间，每个锁能单元2一端与一个所述驻波节点3未连接两个所述叉指4的一端连接，另一端与一个所述连接单元1连接。
也就是，两根所述叉指并联，双端均与驻波节点连接。所述驻波节点一端与并联的两根叉指连接，另一端与锁能单元连接。所述锁能单元一端与驻波节点连接，另一端与连接单元连接。
通过上述技术方案，可以通过驻波节点与锁能单元配合实现双叉指振动能量的内聚，提高振梁Q值，提高加速度计快速启动特性。并且，锁能单元对对称性要求低，降低了振梁加工难度，提高了成品率，降低了加工成本。此外，振梁在总长度、厚度不变的情况下降低了振梁Z向刚度，提高了加速度计标度因数。
根据本发明一种实施例，所述连接单元1为长方体、U形或口形。
根据本发明一种实施例，所述叉指4为圆柱结构或棱柱结构。
本领域技术人员应当理解，上述关于连接单元和叉指的形状结构的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，所述振梁结构为一体化平面结构。
根据本发明一种实施例，所述驻波节点3的宽度大于并联的两个所述叉指4的宽度，所述锁能单元2的宽度小于所述驻波节点3的宽度，所述连接单元1的宽度大于所述锁能单元2的宽度。
举例来讲，本发明所述的一种振梁的敏感方向为Y方向。
图2为本发明实施例提供的一种振梁加速度计敏感结构的示意图。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种振梁加速度计敏感结构，其中，该加速度计敏感结构包括摆片和上述实施例所述的振梁结构5，所述摆片包括质量块6和外框7，所述振梁结构5的一端与所述质量块6连接，另一端与所述外框7连接。
其中，振梁结构5可以通过两端的连接单元1与摆片固定连接。也就是，振梁结构5一端的连接单元1与摆片的质量块6固定连接，另一端的连接单元1与摆片的外框7固定连接。振梁结构5与摆片的连接位置可以为连接单元1的表面、端面或侧面，本发明不对此进行限定。
通过上述技术方案，可以通过驻波节点与锁能单元配合实现双叉指振动能量的内聚，提高振梁Q值，提高加速度计快速启动特性。并且，锁能单元对对称性要求低，降低了振梁加工难度，提高了成品率，降低了加工成本。此外，振梁在总长度、厚度不变的情况下降低了振梁Z向刚度，提高了加速度计标度因数。
根据本发明一种实施例，如图2所示，所述振梁结构5跨越质量块6的转轴与所述质量块6和所述外框7连接。
图3为本发明实施例提供的另一种振梁加速度计敏感结构的示意图。
可替换地，如图3所示，所述振梁结构5跨越质量块6的自由端与所述质量块6和所述外框7连接。
其中，自由端与转轴相对应，为可以转动的一端。换言之，自由端是与转轴相对的那一端。
根据本发明一种实施例，所述振梁结构5的数量为两个，两个所述振梁结构5以对称方式设置在所述摆片的上下两侧。
也就是，在摆片的上侧和下侧，振梁结构5按照上述实施例描述的连接方式对称设置。
下面对本发明所述的振梁加速度计敏感结构的工作过程进行描述。
振梁在交变电压驱动下在其工作模态下振动。当外界输入Z方向加速度时质量块6产生-Z方向偏移，振梁受拉力振动频率升高，频率的变化量与输入加速度成正比，根据该频率的变化量可以解算出输入加速度。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (9)
1.一种振梁结构，其特征在于，该振梁结构包括两个连接单元(1)、两个锁能单元(2)、两个驻波节点(3)和两个叉指(4)，两个所述叉指(4)并联连接在两个所述驻波节点(3)之间，每个锁能单元(2)一端与一个所述驻波节点(3)未连接两个所述叉指(4)的一端连接，另一端与一个所述连接单元(1)连接。
2.根据权利要求1所述的振梁结构，其特征在于，所述连接单元(1)为长方体、U形或口形。
3.根据权利要求2所述的振梁结构，其特征在于，所述叉指(4)为圆柱结构或棱柱结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的振梁结构，其特征在于，所述振梁结构为一体化平面结构。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的振梁结构，其特征在于，所述驻波节点(3)的宽度大于并联的两个所述叉指(4)的宽度，所述锁能单元(2)的宽度小于所述驻波节点(3)的宽度，所述连接单元(1)的宽度大于所述锁能单元(2)的宽度。
6.一种振梁加速度计敏感结构，其特征在于，该加速度计敏感结构包括摆片和权利要求1-5中任一项所述的振梁结构(5)，所述摆片包括质量块(6)和外框(7)，所述振梁结构(5)的一端与所述质量块(6)连接，另一端与所述外框(7)连接。
7.根据权利要求6所述的振梁加速度计敏感结构，其特征在于，所述振梁结构(5)跨越质量块(6)的转轴与所述质量块(6)和所述外框(7)连接。
8.根据权利要求6所述的振梁加速度计敏感结构，其特征在于，所述振梁结构(5)跨越质量块(6)的自由端与所述质量块(6)和所述外框(7)连接。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的振梁加速度计敏感结构，其特征在于，所述振梁结构(5)的数量为两个，两个所述振梁结构(5)以对称方式设置在所述摆片的上下两侧。
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