CN113466491B - 一种卫星加速度计敏感结构 - Google Patents
一种卫星加速度计敏感结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113466491B CN113466491B CN202110755209.9A CN202110755209A CN113466491B CN 113466491 B CN113466491 B CN 113466491B CN 202110755209 A CN202110755209 A CN 202110755209A CN 113466491 B CN113466491 B CN 113466491B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- piezoelectric ceramic
- electrode plate
- satellite
- plates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 25
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
Abstract
本申请涉及加速度计敏感探头技术领域，具体而言，涉及一种卫星加速度计敏感结构，包括电极笼、敏感质量块以及压电陶瓷片，其中：电极笼由多组电极板组成，多组电极板环绕设置在敏感质量块的周围；压电陶瓷片设置在电极板上；电极板通过压电陶瓷片与敏感质量块接触。本发明采用压电效应原理设计出的敏感结构，通过压电陶瓷片输出电流的变化，就可以实现卫星加速度的感应与测量，满足卫星六个自由度惯性力的测量，测量精度高，测量范围大，并且可以测动量轮等卫星动力系统带来的高频震动，同时避免了高压悬浮实验的验证，弥补了传统静电悬浮加速度计的测量范围空白，缩短了测量周期，降低了测量成本。
Description
技术领域
本申请涉及加速度计敏感探头技术领域，具体而言，涉及一种卫星加速度计敏感结构。
背景技术
卫星加速度计主要用于在测量太阳辐射光压等非保守力导致的卫星平动加速度过程中，为卫星精密定轨和轨道补偿方面提供数据支持，并且可以对空间重力梯度进行测绘，同时也是空间引力波探测的重要工具。
现有技术中，普遍采用基于电容差原理的静电悬浮加速度计，依靠质量块与周围电极形成的电容差值变化来检测质量块的位置变化，进而推导卫星加速度的数据，但是在卫星加速度计制作过程中，需要借助高压悬浮实验来验证加速度计敏感结构的实际功能和完成部分性能评价，降低了制作效率，增加了制作成本，此外现有的加速度计地面支承悬浮电压较高，支承电路系统复杂，误差较大，难以实现高精度、高稳定性的测量要求，并且大多在各方向上的结构和测量参数设计不对称，难以实现三轴侧量，各轴的测量一致性不佳。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种卫星加速度计敏感结构，采用压电效应感应测量卫星的加速度，避免了高压悬浮实验，不需要真空维持组件，极大的减少了过程实验，缩短了周期，降低了成本。
根据本申请的一种卫星加速度计敏感结构，包括电极笼、敏感质量块以及压电陶瓷片，其中：电极笼由多组电极板组成，多组电极板环绕设置在敏感质量块的周围；压电陶瓷片设置在电极板上；电极板通过压电陶瓷片与敏感质量块接触。
进一步的，电极笼由三组电极板组成，三组电极板沿X轴、Y轴以及Z轴正交设置。
进一步的，第一组电极板包括上极板和下极板，沿X轴设置；第二组电极板包括左极板和右极板，沿Y轴设置；第三组电极板包括前极板和后极板，沿Z轴设置；六块电极板环绕包围在敏感质量块的周围。
进一步的，每块电极板上均设置有2片压电陶瓷片。
进一步的，压电陶瓷片粘贴或表贴在每块电极板上。
进一步的，每块电极板上还设置有信号线，信号线沿电极板对称设置。
进一步的，还包括控制检测单元，控制检测单元通过信号线与压电陶瓷片连接。
进一步的，电极笼和敏感质量块的材料均为低膨胀系数材料。
本发明提供的一种卫星加速度计敏感结构，具有以下有益效果：
本发明采用压电效应原理设计出的敏感结构，通过压电陶瓷片输出电流的变化，就可以实现卫星加速度的感应与测量，满足卫星六个自由度惯性力的测量，测量精度高，测量范围大，并且可以测动量轮等卫星动力系统带来的高频震动，同时避免了高压悬浮实验的验证，弥补了传统静电悬浮加速度计的测量范围空白，缩短了测量周期，降低了测量成本。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的一种加速度计敏感结构的示意图；
图2是根据本申请实施例提供的一种加速度计敏感结构的电极板示意图；
图3是根据本申请实施例提供的一种加速度计敏感结构的质量块与电极板组装原理示意图；
图中：1-底座、2-下极板、3-左极板、4-后极板、5-上极板、6-前极板、7-右极板、8-敏感质量块、9-压电陶瓷片、10-信号线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请提供的一种卫星加速度计敏感结构，包括电极笼、敏感质量块8以及压电陶瓷片9，其中：电极笼由多组电极板组成，多组电极板环绕设置在敏感质量块8的周围；压电陶瓷片9设置在电极板上；电极板通过压电陶瓷片9与敏感质量块8接触。
具体的，本申请实施例提供的卫星加速度计敏感结构，当卫星在任务过程中受到惯性力时，敏感质量块8会将惯性作用转移给与其接触的压电陶瓷片9，根据压电效应原理，压电陶瓷片9会将敏感质量块8受到的微小高频及低频惯性力转化为电能进行输出，后续通过控制检测单元与压电陶瓷片9连接，从而能够检测出卫星受到的太阳辐射光压等非保守力导致的轨道摄动相关的卫星低频平动加速度，以及火箭发射、飞行过程中的高频加速度数据情况。敏感质量块8主要用于在卫星运动过程中感知传递惯性力，敏感质量块8表面形位尺寸精度要足够高，以确保压电陶瓷片9接收的信号能够完整输出，电极笼环绕敏感质量块8设置，将敏感质量块8整体包围起来，电极笼可以根据实际情况选择多组电极板拼接而成或者直接采用一体式壳体的加工设计，压电陶瓷片9优选为对高频和低频敏感度高的陶瓷片，以确保加速度测量的高精度和高稳定性，此外电极笼、压电陶瓷片9以及敏感质量块8之间依靠过度配合设置有一定的预压力，提高了整体测量的精度和范围。根据本申请实施例提供的卫星加速度计敏感机构，依靠压电陶瓷片9的自身特性，就可以实现卫星高频或者低频惯性力的测量，设计加速度计过程中不再需要做地面高压悬浮实验，并且敏感质量块8与电极笼之间直接接触没有间隙，避免了传统敏感结构悬浮设计中质量块与限位卡滞、力学实验碰撞造成润滑膜脱落、及质量块与限位长时间接触造成的粘滞等问题。
进一步的，电极笼由三组电极板组成，三组电极板沿X轴、Y轴以及Z轴正交设置。电极笼优选沿X轴、Y轴以及Z轴正交设置的三组电极板组成，各方向结构和测量参数对称设计，便于解耦。
进一步的，如图3所示，第一组电极板包括上极板5和下极板2，沿X轴设置；第二组电极板包括左极板3和右极板7，沿Y轴设置；第三组电极板包括前极板6和后极板4，沿Z轴设置；六块电极板环绕包围在敏感质量块8的周围。下极板2固定在底座1上，敏感质量块8设置在下极板2的上方，其他5块电极板沿X轴、Y轴以及Z轴将敏感质量块8环绕包围在中间，实现了整体三轴大量程对称测量以及高频测量，保证了各轴测量的一致性。
进一步的，如图2所示，每块电极板上均设置有2片压电陶瓷片9。压电陶瓷片9设置在电极板上，沿X轴、Y轴以及Z轴方向两两成对设置，能够将接收到的机械能转化为电能，工作范围内，压电陶瓷片9受到的外力与其产生的电荷能成正比，便于解耦以及测量三个平动方向和三个转动方向的惯性加速度。
进一步的，压电陶瓷片9粘贴或表贴在每块电极板上。2片压电陶瓷片9根据实际情况对称的粘贴或表贴在每块电极板上，电极板通过外侧的预紧螺栓对压电陶瓷片9施加一定的预紧力。
进一步的，每块电极板上还设置有信号线10，信号线10沿电极板对称设置。信号线10采用镀金属膜或者胶贴的方式对称的设置在电极板上，保证整体结构的紧凑，压电陶瓷片9通过信号线10进行信号电流的输入输出交换。
进一步的，还包括控制检测单元，控制检测单元通过信号线10与压电陶瓷片9连接。卫星在移动过程中，受到惯性力时，敏感质量块8会将惯性作用转移给与其接触的压电陶瓷片9，根据压电效应原理，电极笼上的压电陶瓷片9会将敏感质量块8受到的微小高频及低频惯性力转化为电流进行输出，控制检测单元通过信号线10能够精确的检测出压电陶瓷片9输出电流的变化，通过输出电流的变化能够检测出卫星移动过程中加速度数据情况。
进一步的，电极笼和敏感质量块8的材料均为低膨胀系数材料。电极笼以及敏感质量块8均采用低膨胀系数材料加工，主要用于避免由于温度变化导致的敏感质量块8的膨胀，从而影响到压电陶瓷片9的灵敏性，保证测量的高精度和高稳定性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种卫星加速度计敏感结构，其特征在于，包括电极笼、敏感质量块以及压电陶瓷片，其中：
所述电极笼由多组电极板拼接组成，多组所述电极板环绕设置在所述敏感质量块的周围；
所述压电陶瓷片设置在所述电极板上；
所述电极板通过所述压电陶瓷片与所述敏感质量块接触；
所述电极笼由三组电极板拼接组成，三组电极板沿X轴、Y轴以及Z轴正交设置；
第一组电极板包括上极板和下极板，沿X轴设置；第二组电极板包括左极板和右极板，沿Y轴设置；第三组电极板包括前极板和后极板，沿Z轴设置；六块电极板环绕包围在所述敏感质量块的周围；
每块电极板上均设置有2片压电陶瓷片；
所述压电陶瓷片粘贴或表贴在每块电极板上，电极板通过外侧的预紧螺栓对压电陶瓷片施加一定的预紧力。
2.如权利要求1所述的卫星加速度计敏感结构，其特征在于，每块电极板上还设置有信号线，所述信号线沿电极板对称设置。
3.如权利要求2所述的卫星加速度计敏感结构，其特征在于，还包括控制检测单元，所述控制检测单元通过所述信号线与所述压电陶瓷片连接。
4.如权利要求1所述的卫星加速度计敏感结构，其特征在于，所述电极笼和所述敏感质量块的材料均为低膨胀系数材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110755209.9A CN113466491B (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种卫星加速度计敏感结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110755209.9A CN113466491B (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种卫星加速度计敏感结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113466491A CN113466491A (zh) | 2021-10-01 |
| CN113466491B true CN113466491B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=77877958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110755209.9A Active CN113466491B (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种卫星加速度计敏感结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113466491B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114994782A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-09-02 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种轴向分量重力梯度仪敏感结构 |
| CN114877914B (zh) * | 2022-06-02 | 2023-06-30 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种惯性传感器地面模拟仿真测试系统 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5606214A (en) * | 1995-08-31 | 1997-02-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Smart actuator for active surface control |
| CN1844934A (zh) * | 2006-05-23 | 2006-10-11 | 北京航空航天大学 | 一种双轴电容式微机械加速度计 |
| CN101358992A (zh) * | 2008-09-19 | 2009-02-04 | 北京大学 | 正交环型压电加速度计 |
| CN101493473A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-07-29 | 南京航空航天大学 | 基于6-ss并联机构的压电式六维加速度传感器 |
| CN101504425A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-08-12 | 南京航空航天大学 | 基于9-sps并联机构的压电式六维加速度传感器 |
| CN103364585A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-10-23 | 中北大学 | 一种新型介观压阻效应微加速度计 |
| CN104764904A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-08 | 厦门大学 | 一种三轴压电加速度计 |
| CN106872730A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-06-20 | 三峡大学 | 一种加速度测量装置及方法 |
| CN108508234A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-09-07 | 清华大学 | 正交静电悬浮加速度计敏感结构 |
| CN108802427A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-13 | 南京林业大学 | 预紧式并联六维加速度传感器及其测量和灵敏度分析方法 |
| CN112684208A (zh) * | 2019-10-17 | 2021-04-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种六自由度正交惯性传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109950391A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | 西人马（厦门）科技有限公司 | 电荷输出元件、装配方法和压电加速度传感器 |
-
2021
- 2021-07-01 CN CN202110755209.9A patent/CN113466491B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5606214A (en) * | 1995-08-31 | 1997-02-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Smart actuator for active surface control |
| CN1844934A (zh) * | 2006-05-23 | 2006-10-11 | 北京航空航天大学 | 一种双轴电容式微机械加速度计 |
| CN101358992A (zh) * | 2008-09-19 | 2009-02-04 | 北京大学 | 正交环型压电加速度计 |
| CN101493473A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-07-29 | 南京航空航天大学 | 基于6-ss并联机构的压电式六维加速度传感器 |
| CN101504425A (zh) * | 2009-03-04 | 2009-08-12 | 南京航空航天大学 | 基于9-sps并联机构的压电式六维加速度传感器 |
| CN103364585A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-10-23 | 中北大学 | 一种新型介观压阻效应微加速度计 |
| CN104764904A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-08 | 厦门大学 | 一种三轴压电加速度计 |
| CN106872730A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-06-20 | 三峡大学 | 一种加速度测量装置及方法 |
| CN108508234A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-09-07 | 清华大学 | 正交静电悬浮加速度计敏感结构 |
| CN108802427A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-13 | 南京林业大学 | 预紧式并联六维加速度传感器及其测量和灵敏度分析方法 |
| CN112684208A (zh) * | 2019-10-17 | 2021-04-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种六自由度正交惯性传感器 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 付梦印.神奇的惯性世界.北京理工大学,2015,(第1版),115-116. * |
| 新型三维压电加速度传感器的设计;陈星龙;姜向东;;压电与声光(03);286-287 * |
| 陈星龙 ; 姜向东 ; .新型三维压电加速度传感器的设计.压电与声光.2007,第29卷(第3期),286-287. * |
| 静电悬浮加速度计在卫星导航应用展望;张小青等;空间电子技术(第1期);37-41 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113466491A (zh) | 2021-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113466491B (zh) | 一种卫星加速度计敏感结构 | |
| US7343801B2 (en) | Micromechanical capacitive acceleration sensor | |
| CN102023234B (zh) | 一种具有多个共面电极一体结构的mems加速度传感器及其制造方法 | |
| EP1192419B1 (en) | Integrated and multi-axis sensor assembly and packaging | |
| US6230566B1 (en) | Micromachined low frequency rocking accelerometer with capacitive pickoff | |
| US20130335011A1 (en) | Microelectronic devices for harvesting kinetic energy and/or detecting motion, and associated systems and methods | |
| CN101216498A (zh) | 一种双轴差动电容式微机械加速度计 | |
| US11137248B2 (en) | Sensor element, inertial sensor, and electronic apparatus | |
| WO2005069016A1 (en) | Coplanar proofmasses employable to sense acceleration along three axes | |
| CN106053883A (zh) | 物理量传感器、电子设备以及移动体 | |
| JP6629691B2 (ja) | センサパッケージおよび自動運転車両 | |
| CN109596141A (zh) | 传感器组件、惯性测量组件和移动设备 | |
| JP7031220B2 (ja) | 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体 | |
| CN209296007U (zh) | 传感器组件、惯性测量组件和移动设备 | |
| JP2021032801A (ja) | 慣性センサーユニット、電子機器、及び移動体 | |
| CN111239440A (zh) | 加速度传感器、电子设备及移动体 | |
| US20200072607A1 (en) | Sensor device and electronic apparatus | |
| CN112284355B (zh) | 一种无源压电传感器及监测系统 | |
| CN111307340B (zh) | 用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器 | |
| CN209296003U (zh) | 传感器组件、惯性测量组件和移动设备 | |
| CN208766198U (zh) | 压电振动激励自诊断mems加速度计表芯及加速度计 | |
| CN114057154A (zh) | Mems器件 | |
| RU2263282C1 (ru) | Универсальный навигационный прибор управления движением на основе микромеханических чувствительных элементов и унифицированная интегрированная бесплатформенная инерциальная навигационная система для этого прибора | |
| JPH0627133A (ja) | ３次元加速度センサ | |
| CN220455346U (zh) | 加速度传感器及电子设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |