CN205580440U - 一种压电加速度寻地传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压电加速度寻地传感器，其包括：惯性质量块，贴合在该惯性质量块上，下端面的压电晶体，安装在每片压电晶体外侧的一个绝缘传力块，以及安装该惯性质量块、压电晶体和传力块的基座。基座的上、下部均有顶着传力块的预紧螺钉，压电晶体通过导线与安装在基座上的功放模块连接，功放模块的输出端与安装在基座上的滤波模块连接，滤波模块再将电信号输出到安装在基座上的微机芯片。该传感器利用压电效应和重力加速度原理，结构简单，可靠性高，可用于大过载飞行装置实现寻地目的。

Description

一种压电加速度寻地传感器

技术领域

本实用新型涉及一种寻地传感器，更具体地涉及一种利用压电效应和重力加速度原理的压电加速度寻地传感器，属于压电传感器技术领域。

背景技术

目前，比较常见的寻地传感器包括陀螺仪和磁场传感器等。

陀螺仪是常用的确定飞行体姿态参数的传感器，利用陀螺的定轴性和进动性，可以丈量姿态和寻北的仪器；由于传统的陀螺仪有转动部件，完全的自主性，且准备时间长，因此存在许多不足。短时间工作时精度还是比较高的，但长时间工作时存在漂移产生的积累误差，原始误差有非线性误差、加速度计的安装误差、起飞前的陀螺偏航、非线性角度传感器造成的误差等。并且存在结构复杂、造价昂贵、装配调试周期长问题，因为其元器件是含有贵重金属的精密机电仪器，它在使用的工作状态下需要确定时间和具有专用的能量源火药，蓄能器等。在高过载条件下它的应用受到限制。

磁场传感器是可以丈量地球磁场，在不受磁干扰的情况下，如果知道当地的经纬度和海拔，就能够在丈量地磁场方向后，利用各种地球磁场模型计算磁倾角、磁偏角，然后就能够算出极北和姿态等。磁场传感器优点是简单不容易坏，但容易受到磁干扰，对使用环境要求比较高。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提出一种利用压电效应和重力加速度原理的压电加速度寻地传感器，其结构简单、可靠性高、可用于各种复杂环境和大过载飞行装置。

普通的压电加速度传感器主要是应用在测试系统中，通过振动或者冲击产生的外力作用于传感器，使传感器的电介质产生压电效应，从而产生电信号。本实用新型的重点在于，利用压电原理和质量块的自重，实现自身回转飞行物体(例如旋转制导弹药)的寻地功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：一种压电加速度寻地传感器，包括：惯性质量块，贴合在该惯性质量块上、下端面的压电晶体，安装在每片压电晶体外侧的一个绝缘传力块、以及安装该惯性质量块、压电晶体和传力块的基座。基座的上、下部均有顶着传力块的预紧螺钉、压电晶体通过导线与安装在基座上的功放模块连接、功放模块的输出端与安装在基座上的滤波模块连接，滤波模块再将电信号输出到安装在基座上的微机芯片。

优选地，所述基座的右侧为连接螺纹，左侧为圆柱段并开有通槽，通槽将圆柱段分为上、下两部分实体，上、下两部分实体中间位置各有一个螺钉孔，通槽具有平行的上表面与下表面，以及在上表面与下表面之间的侧表面，侧表面具有两个与上级控制系统进行导线连接的通孔。

优选地，对所述惯性质量块进行绝缘处理，其上表面与下表面分别用高强度粘接剂与上、下端压电晶体粘接成为一个整体，惯性质量块的质心与基座轴线共面，惯性质量块与上、下端压电晶体横截面大小一致，可以为矩形、菱形、圆形、椭圆形或多边形，压电晶体可以是石英晶片或压电陶瓷。

优选地，所述上、下端压电晶体用高强度粘接剂与基座的上表面和下表面连接，预紧螺钉安装在基座左侧的上、下两部分实体上并顶紧上、下端压电晶体，使上、下端压电晶体和惯性质量块整体固定在基座的通槽中间位置，惯性质量块的上下对称面与基座的轴线平行。

优选地，所述传力块绝缘并与压电晶体相对固定，传力块的外侧各有一导向孔，预紧螺钉通过基座的螺钉孔和传力块的导向孔顶在传力块上。

优选地，所述上、下端压电陶瓷分别构成一个信号输出端，基座的实体构成另一个信号输出端。

优选地，所述功放模块固定在基座的侧表面上，其三个输入端通过导线分别与上述信号输出端连接，其两个输出端输出放大后的信号到滤波模块。

优选地，所述滤波模块固定在基座的侧表面上，其两个输入端通过导线分别与功放模块的输出端连接，其两个输出端输出滤波后的信号到微机芯片上。

优选地，所述微机芯片也固定在基座的侧表面上，其两个输入端通过导线分别与滤波模块的输出端连接，其两个输出端通过导线输出计算处理过的信号到上级控制系统。

优选地，所述功放模块、滤波模块、微机芯片不能与基座的压电晶体有任何除导线外的金属接触，功放模块、滤波模块、微机芯片之间也不能有任何除导线外的金属接触。

本实用新型还涉及一种寻地系统，其包括旋转飞行物体和上述压电加速度寻地传感器，其中压电加速度寻地传感器的惯性质量块的质心安装在旋转飞行物体的旋转轴线位置。

使用该压电加速度寻地传感器进行寻地的方法包括：利用结构设计、安装调试确保将该压电加速度寻地传感器的惯性质量块的质心安装在旋转飞行物体的旋转轴线位置。在初始阶段，压电晶体与地面平行，此时惯性质量块对压电晶体的压力即为自身重力，当传感器随物体旋转时，由于倾斜，惯性质量块的重力被分解为垂直于压电晶体和平行于压电晶体的两个分力，此时，压电晶体受到的只有惯性质量块垂直于其表面的分力。随着受力的不断变化，压电晶体的表面产生的电荷不断变化，会输出一个周期性正弦信号，当压电晶体的表面与地面平行时，信号处于峰值，当压电晶体的表面与地面垂直时，信号处于0值。通过飞行物体的转速和正弦信号可以随时计算出飞行物体转过的角度，同时根据信号的幅值可以计算出飞行物体的俯仰角(即飞行物体轴线与地面的夹角)。

与陀螺仪和磁场传感器相比较，本实用新型的有益效果包括：1)，误差小，精度高；2)，结构简单，元器件少，成本低；3)，不受磁场干扰。

附图说明

图1是根据本实用新型的压电加速度寻地传感器的结构主视图；

图2是根据本实用新型的压电加速度寻地传感器的结构侧视图；

图3是根据本实用新型的压电加速度寻地传感器的基座结构图。

附图标记：

1：惯性质量块，2：压电晶体，3：传力块，4：基座，5：预紧螺钉，6：功放模块，7：滤波模块，8：微机芯片，9：导线，10：基座上部分实体，11：基座下部分实体，12：螺钉孔，13：上表面，14：下表面，15：侧表面，16：通孔，17：连接螺纹。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，一种压电加速度寻地传感器，包括：惯性质量块1，贴合在该惯性质量块1上，下端面的压电晶体2，安装在每片压电晶体2外侧的一个绝缘传力块3，以及安装该惯性质量块1、压电晶体2和传力块3的基座4。基座4的上、下部均有顶着传力块3的预紧螺钉5，压电晶体2通过导线9与安装在基座4上的功放模块6连接，功放模块6的输出端与安装在基座4上的滤波模块7连接，滤波模块7再将电信号输出到安装在基座4上的微机芯片8。

基座4的右侧为连接螺纹17，左侧为圆柱段并开有通槽，通槽将圆柱段分为上、下两部分实体10、11，上、下两部分实体10、11的中间位置各有一个螺钉孔12，通槽具有平行的上表面13与下表面14，以及在上表面13与下表面14之间的侧表面15，侧表面15具有两个与上级控制系统进行导线连接的通孔16。

上、下端压电晶体2用高强度粘接剂与基座4的上表面13和下表面14连接，预紧螺钉5安装在基座4左侧的上、下两部分实体10、11上并顶紧上、下端压电晶体2，使上、下端压电晶体2和惯性质量块1整体固定在基座4的通槽中间位置，惯性质量块1的上下对称面与基座4的轴线平行。

传力块3绝缘并与压电晶体2相对固定，传力块3的外侧各有一个导向孔，预紧螺钉5通过基座4的螺钉孔12和传力块3的导向孔顶在传力块3上。

如图3所示，对惯性质量块1进行绝缘处理，其上表面13与下表面14分别用高强度粘接剂与上、下端压电晶体2粘接成为一个整体，惯性质量块1的质心与基座4轴线共面，惯性质量块1与上、下端压电晶体2横截面大小一致，可以为矩形、菱形、圆形、椭圆形或多边形，压电晶体2可以是石英晶片或压电陶瓷。

继续参考图1和图2，上、下端压电晶体2分别构成一个信号输出端，基座4的实体构成另一个信号输出端。功放模块6固定在基座4的侧表面15上，其三个输入端通过导线9分别与两个上述信号输出端连接，其两个输出端输出放大后的信号到滤波模块7。滤波模块7用高强度粘接剂固定在基座4的侧表面15上，其两个输入端通过导线9分别与功放模块6的输出端连接，其两个输出端输出滤波后的信号到微机芯片8上。微机芯片8也固定在基座4的侧表面15上，其两个输入端通过导线9分别与滤波模块7的输出端连接，其两个输出端通过导线9输出计算处理过的信号到上级控制系统。功放模块6、滤波模块7、微机芯片8不能与基座4、压电晶体2有任何除导线9以外的金属接触，功放模块6、滤波模块7、微机芯片8之间也不能有任何除导线9以外的金属接触。

将上述压电加速度寻地传感器应用于旋转飞行物体构成寻地系统时，压电加速度寻地传感器的惯性质量块1的质心安装在旋转飞行物体的旋转轴线位置。

利用该压电加速度寻地传感器进行寻地的方法包括：利用结构设计、安装调试确保将该压电加速度寻地传感器的惯性质量块1的质心安装在旋转飞行物体的旋转轴线位置。在初始阶段，压电晶体2与地面平行，此时惯性质量块1对压电晶体2的压力即为自身重力，当传感器随物体旋转时，由于倾斜，惯性质量块1的重力被分解为垂直于压电晶体2和平行于压电晶体2的两个分力，此时，压电晶体2受到的只有惯性质量块1垂直于其表面的分力。随着受力的不断变化，压电晶体2的表面产生的电荷不断变化，会输出一个周期性正弦信号，当压电晶体2的表面与地面平行时，信号处于峰值，当压电晶体2的表面与地面垂直时，信号处于0值。通过飞行物体的转速和正弦信号可以随时计算出飞行物体转过的角度，同时根据信号的幅值可以计算出飞行物体的俯仰角(即飞行物体轴线与地面的夹角)，从而实现了寻地目的。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改变，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压电加速度寻地传感器，包括：惯性质量块(1)，贴合在该惯性质量块(1)上、下端面的压电晶体(2)，安装在每片压电晶体(2)外侧的一个绝缘传力块(3)，以及安装该惯性质量块(1)、压电晶体(2)和传力块(3)的基座(4)，基座(4)的上、下部均有顶着传力块(3)的预紧螺钉(5)，压电晶体(2)通过导线(9)与安装在基座(4)上的功放模块(6)连接，功放模块(6)的输出端与安装在基座(4)上的滤波模块(7)连接，滤波模块(7)再将电信号输出到安装在基座(4)上的微机芯片(8)。

2.根据权利要求1所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，基座(4)的右侧为连接螺纹(17)，左侧为圆柱段并开有通槽，通槽将圆柱段分为上、下两部分实体(10、11)，上、下两部分实体(10、11)的中间位置各有一个螺钉孔(12)，通槽具有平行的上表面(13)与下表面(14)，以及在上表面(13)与下表面(14)之间的侧表面(15)，侧表面(15)具有两个与上级控制系统进行导线连接的通孔(16)。

3.根据权利要求2所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，上、下端压电晶体(2)用高强度粘接剂与基座(4)的上表面(13)和下表面(14)连接，预紧螺钉(5)安装在基座(4)左侧的上、下两部分实体(10、11)上并顶紧上、下端压电晶体(2)，使上、下端压电晶体(2)和惯性质量块(1)整体固定在基座(4)的通槽中间位置，惯性质量块(1)的上下对称面与基座(4)的轴线平行。

4.根据权利要求2所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，传力块(3)绝缘并与压电晶体(2)相对固定，传力块(3)的外侧各有一个导向孔，预紧螺钉(5)通过基座(4)的螺钉孔(12)和传力块(3)的导向孔顶在传力块(3)上。

5.根据权利要求2所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，对惯性质量块(1)进行绝缘处理，其上表面(13)与下表面(14)分别用高强度粘接剂与上、下端压电晶体(2)粘接成为一个整体，惯性质量块(1)的质心与基座(4)轴线共面，惯性质量块(1)与上、下端压电晶体(2)横截面大小一致，为矩形、菱形、圆形、椭圆形或多边形，压电晶体(2)是石英晶片或压电陶瓷。

6.根据权利要求1所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，上、下端压电晶体(2)分别构成一个信号输出端，基座(4)的实体构成另一个信号输出端。

7.根据权利要求6所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，功放模块(6)固定在基座(4)的侧表面(15)上，其三个输入端通过导线(9)分别与两个所述信号输出端 连接，其两个输出端输出放大后的信号到滤波模块(7)。

8.根据权利要求7所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，滤波模块(7)用高强度粘接剂固定在基座(4)的侧表面(15)上，其两个输入端通过导线(9)分别与功放模块(6)的输出端连接，其两个输出端输出滤波后的信号到微机芯片(8)上。

9.根据权利要求8所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，微机芯片(8)也固定在基座(4)的侧表面(15)上，其两个输入端通过导线(9)分别与滤波模块(7)的输出端连接，其两个输出端通过导线(9)输出计算处理过的信号到上级控制系统。

10.根据权利要求1所述的一种压电加速度寻地传感器，其特征在于，功放模块(6)、滤波模块(7)、微机芯片(8)不能与基座(4)及压电晶体(2)有任何除导线(9)以外的金属接触，功放模块(6)、滤波模块(7)、微机芯片(8)之间也不能有任何除导线(9)以外的金属接触。