CN1831539A

CN1831539A - 水银电容式加速度传感器

Info

Publication number: CN1831539A
Application number: CN 200610012638
Authority: CN
Inventors: 马铁华; 刘双峰; 祖静; 武耀艳; 范锦彪; 侯文�
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-09-13

Abstract

本发明涉及一种传感器，具体是一种水银电容式加速度传感器。本发明解决了现有电容式加速度传感器由于采用固体极板作为敏感电极而不适合在大冲击或高过载的恶劣环境中应用的问题，该水银电容式加速度传感器，包括密封壳体和固定于密封壳体端面的定极板，密封壳体的内外壁设有绝缘介质膜，且密封壳体内封装有可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银，密封壳体中间设有与该液体接通的电极引线。本发明由于采用可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银作为敏感电极，可在大冲击或高过载后正常工作，它适用于炮弹、子母弹的制导系统，以及车辆、船舰的控制系统等测试系统。

Description

水银电容式加速度传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体是一种水银电容式加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。加速度传感器可以通过变间隙、变面积、变介电常量三种方法把被测的加速度转换为电容器的电容量变化，例如：现有的电容式加速度传感器采用差动式变间隙结构，其内部设置有固定电极(定极板)和能敏感惯性力的敏感电极(动极板)，电容式加速度传感器通过对敏感电极与固定电极之间的间隙变化所引起的两电极之间电容量变化的测量，来实现对加速度的测量；其结构示意图如图1所示，敏感电极4由弹簧片3支承置于壳体2内，当测量运动方向上的加速度时，将传感器壳体固定在被测振动体上，振动体的振动使壳体相对敏感电极4运动，因而与壳体2固定在一起的两固定电极1、5相对敏感电极4运动(固定电极靠绝缘层6与壳体2绝缘)，致使上固定电极5与敏感电极4的A面(磨平抛光)组成的电容C₁′以及下固定电极1与敏感电极4的B面(磨平抛光)组成的电容C₂′随之改变，一个增大，一个减小，产生差值，与电极连接的后续电路可以通过对电容差值的处理，输出一个对应的电压值，以此求得加速度值。这种电容式加速度传感器的结构简单，精度较高，频率响应范围宽，量程大，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移。但是由于采用固体极板作为敏感电极，在固体极板与壳体固定时需通过固体弹性介质(如弹簧片)，而在出现大冲击或高过载的恶劣环境下，固定固体极板(敏感电极)的弹性介质极易损坏，致使加速度传感器失去作用，因此现有采用固体极板作为敏感电极的加速度传感器的应用范围受到限制。

发明内容

本发明为了解决现有电容式加速度传感器由于采用固体极板作为敏感电极而不适合在大冲击或高过载的恶劣环境中应用的问题，提供了一种水银电容式加速度传感器。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种水银电容式加速度传感器，包括密封壳体和固定于密封壳体端面的定极板，密封壳体内封装有可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银，密封壳体中间设有与水银接通的电极引线。封装在密封壳体内的水银与密封壳体端面的定极板形成电容，由于水银本身的表面张力原因，水银在密封壳体两端角处形成特定的曲面，与密封壳体端面内壁有一定的接触面积。当加速度为零时，水银与密封壳体两端面的接触面积一定，电容值变化量为0；当加速度a不为0时，水银两端出现压差，两端曲面发生变化，水银与密封壳体端面的接触面积发生变化，电容值随着变化，电容大小的变化值与加速度的大小对应(即电容的变化量反映了加速度的大小)。与现有技术相比，本发明采用封装于密封壳体内的可导电液体-水银替代原有固体极板作为敏感电极，由于水银本身的张力特性，并且密封壳体体积较小，在高过载或高冲击状态下，水银不会出现被击散的情况，因此，本发明无需特别限位保护装置，就能在大冲击或高过载的恶劣条件下正常工作。

本发明由于采用可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银作为敏感电极，可在大冲击或高过载后正常工作，灵敏度高，动态范围为0.1～10g_n，有成本低，易加工，可靠性高等优点，它适用于炮弹、子母弹的制导系统，以及车辆、船舰的控制系统等测试系统。

附图说明

图1为现有电容式加速度传感器的结构示意图；

图2为本发明在a＝0时的状态图；

图3为本发明在a≠0时的状态图；

图中：1-下固定电极；2-壳体；3-弹簧片；4-敏感电极；5-上固定电极；6-绝缘层；7-金属筒体；8-绝缘介质层；9-定极板；10-水银；11-电极引线。

具体实施方式

一种水银电容式加速度传感器，包括密封壳体和固定于密封壳体端面的定极板9，密封壳体内封装有可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银10，密封壳体中间设有与水银10接通的电极引线11。所述的密封壳体可以为绝缘介质(例如：云母)壳体；也可以为两端面为绝缘介质层8的金属筒体7，此时电极引线11可直接与金属筒体7相连接，有利于简化加工制造工艺。

具体实施时，为了提高传感器的灵敏度和克服某些外界因素(例如电源电压、环境温度等)对测量的影响，密封壳体两端固定定极板9，从而实现差动结构，以消除外界因素所造成的测量误差。另外，所述可导电、表面张力大、热膨胀系数稳定的液体可以选用其它符合要求的液体。

封装在密封壳体内的可导电液体-水银与密封壳体两端面的定极板构成一对差动电容C1与C2，由于液体水银本身的表面张力原因，水银在密封壳体两端角处形成特定的曲面，分别与密封壳体端面内壁有一定的接触面积。当加速度为零时，水银在密封壳体两端角处形成的曲面相同(即水银与密封壳体两端面的接触面积相等)，两电容值相等C1＝C2(即电容变化量为0)；当加速度a不为0时(假设运动方向垂直向上)，水银两端出现压差，两端曲面发生变化，水银与密封壳体两端面的接触面积发生变化，电容C2的接触面积增大、容值增大；电容C1的接触面积减小、容值减小，两电容大小形成差值，该差值与加速度的大小对应。

Claims

1、一种水银电容式加速度传感器，包括密封壳体和固定于密封壳体端面的定极板(9)，其特征在于密封壳体内封装有可导电的、表面张力大、热膨胀系数稳定的水银(10)，密封壳体中间设有与水银(10)接通的电极引线(11)。

2、根据权利要求1所述的水银电容式加速度传感器，其特征在于所述的密封壳体为绝缘介质壳体。

3、根据权利要求1所述的水银电容式加速度传感器，其特征在于所述的密封壳体为两端面为绝缘介质层(8)的金属筒体(7)。

4、根据权利要求1或2或3所述的水银电容式加速度传感器，其特征在于密封壳体两端固定定极板(9)。