CN206270364U - 一种新型力平衡加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型力平衡加速度传感器，属于加速度测量技术领域，包括底座、垫片、中间极板、上极板和下极板、反馈线圈、簧片、导磁体，其特征在于，所述传感器还包括：辐向充磁体和燕尾槽滑台部；导磁体内部安装有辐向充磁体，辐向充磁体和导磁体内壁之间留有一定间隙用来安装反馈线圈；簧片的一端固定在上极板的一边，另一端与燕尾槽滑台固定连接，燕尾槽滑台用于调节上极板和下极板的位置，从而使中间极板刚好位于上下极板的中间位置即零点位置处；该传感器用辐向充磁的充磁体替代传统的轴向充磁的磁体，从而可以省略磁轭，缩小了传感器体积；用燕尾槽滑台和差分螺纹组成微调装置，调节传感器的零位，装配简单，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及加速度测量技技术领域，具体是涉及一种新型力平衡加速度传感器。
背景技术
加速度振动测量是测量技术中的重要内容。随着人类技术的突飞猛进，对加速度测量的精度要求越来越高。在加速度测量技术中，制约测量精度的环节往往在于传感器，而由此发展出了多种加速度传感器技术。差分电容力平衡技术极大提高了加速度的频率范围和测量精度，在加速度测量中引起重视并得到应用。此类型的传感器由三个极板构成的差动电容、质量块、反馈线圈、弹簧片和磁钢组成。调零装置使得自然状态的中间极板处于中心位置。当传感器运动时，差动电容中间极板偏离中心位置，差动电容的电压发生变化，此变化经过放大器后在反馈线圈中形成反馈电流。反馈线圈中的反馈电流和磁钢产生的恒定磁场有洛伦兹力相互作用，总是迫使质量块返回到中心位置，反馈电流大小和传感器运动加速度成正比，电流经过调制与解调即可测量加速度。尽管在地震监测和机械振动测量等领域中的加速度传感器采用了此技术，但仍难于广泛应用，究其原因有以下几点：
(1)机械摆体设计复杂，造成传感器体积庞大、机械加工难度大且成本高。
(2)调零装置多采用两微小的钢珠作为支点，使得装配难度大，难以自动化批量生产，调节幅度大，难以实现微调。
发明内容
为了解决以上问题，本实用新型提供以下技术方案：
一种新型力平衡加速度传感器，包括底座(04)、垫片(01)、中间极板(02)、上极板(12)和下极板(03)、反馈线圈(08)、两个簧片(11)、导磁体(10)，其特征在于，所述传感器还包括：辐向充磁体(09)和燕尾槽滑台部；所述垫片(01)为U形结构，与所述燕尾槽滑台安装在底座(04)上表面的四周，并位于所述导磁体(10)的上方，所述导磁体(10)安装在底座(04)的中间圆柱形孔中，其内部安装有辐向充磁体(09)，所述辐向充磁体(09)和导磁体(10)内壁之间留有一定间隙；所述反馈线圈(08)安装在导磁体(10)和辐向充磁体(09)所构成的间隙中；所述上极板(12)和下极板(03)与所述中间极板(02)构成三明治式差动电容结构，所述差动电容结构安装在反馈线圈(08)的上方；所述两个簧片(11)的一端固定在上极板(12)的一边，另一端与所述燕尾槽滑台部固定连接，所述燕尾槽滑台部用于调节上极板(12)和下极板(03)的位置，从而使中间极板(02)刚好位于极板和下极板(03)的中间位置即零点位置处；
其中，所述燕尾槽滑台部包括：燕尾滑台(05)、燕尾槽(06)、差分螺纹(07)和差分螺杆，所述燕尾滑台(05)可插入所述燕尾槽(06)中，并能够上下滑动，所述燕尾滑台(05)与底座(04)对应的位置上分别各设有一个螺孔，两个螺孔的螺距不同，组成所述差分螺纹(07)，所述差分螺杆可旋入差分螺纹(07)中，用于调节燕尾滑台(05)的高度，从而调节上极板(12)和下极板(03)的位置，使中间极板(02)刚好位于中间位置即零点位置处。
所述燕尾滑台(05)上螺孔的螺纹为M4，底座(04)上与之对应的螺孔的螺纹为M4.2，两者组成M0.2的所述差分螺纹(07)，以实现对传感器零位的微调。
所述差分螺纹(07)位于所述燕尾滑台中间位置处。
所述差分螺杆上分别设有与所述差分螺纹相适配的外螺纹，差分螺杆的上半部分螺纹为M4，下半部分螺纹为M4.2。
所述燕尾槽(06)为一个长方体结构，沿厚度方向开有一个与燕尾滑台(05)相配合的凹槽，使燕尾滑台可上下滑动。
所述燕尾滑台(05)与所述簧片(11)的一侧通过螺钉固定连接。
所述下极板(03)与所述反馈线圈(08)紧固连接，所述上极板(12)固定在下极板(03)的上方，所述中间极板(02)位于上极板(12)和下极板(03)之间，并通过螺钉固定在垫片(01)的上表面。
所述下极板(03)与所述反馈线圈(08)通过胶水粘合固定。
所述簧片(11)通过螺钉固定在上极板(12)的一边。
有益效果：(1)用辐向充磁的充磁体替代传统的轴向充磁的磁体，从而可以省略磁轭，由此缩小了传感器体积；(2)用燕尾槽滑台和差分螺纹07组成微调装置，由此细微调节传感器的零位，并且装配简单、成本低。
附图说明
图1为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的透视图；
图2为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的爆炸图；
图3为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的俯视图；
图4为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的仰视图；
图5为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的装配完成图；
图6为本实用新型的新型力平衡加速度传感器的立体图(底座未示出)。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
参照图1-6，一种新型力平衡加速度传感器，包括：垫片01、底座04、中间极板02、上极板12和下极板03、燕尾滑台05、燕尾槽06、反馈线圈08、辐向充磁体09、导磁体10、簧片11。
底座04为长方体结构，中间设有圆柱形孔用于装配辐向充磁体09和导磁体10，其上设置有多个螺孔用以固定垫片01和燕尾槽06，所述垫片01为U型结构，与燕尾槽06分别固定在底座04的上表面四周并位于导磁体10的上方。
导磁体10为圆筒形，固定在底座04的中间位置，其内部安装有辐向充磁体09，且辐向充磁体09和导磁体10内壁之间留有一定间隙。
所述反馈线圈08安装在导磁体10和辐向充磁体09所构成的间隙中，所用反馈线圈08为空心热自粘反馈线圈，由于该间隙中具有均匀磁场，因此当反馈线圈中通有电流时，反馈线圈切割磁场产生反馈电磁力，平衡反馈线圈及上下极板的运动。
上极板12、下极板03与中间极板02均为0.2mm厚度的镀金板，构成三明治式差动电容结构，用于通过上极板12和下极板03的位置变化提取传感器外界的机械运动加速度，并将加速度的变化转换为可变电容器的电压变化。差动电容结构位于辐射永磁体09的上方，下极板03与反馈线圈08通过胶水粘合固定，上极板12固定在下极板03的上方，中间极板02位于上极板12和下极板03之间，并通过螺钉固定在垫片01的上表面。上极板12靠近燕尾槽的一边设有两个螺孔，用于固定两个簧片11，上极板12和下极板03在簧片的弹性作用下在一定幅值范围内上下运动。
所述簧片11采用恒弹性合金材料，真空加热到500度，保持两小时后自然冷却制成，装配时，传感器的上极板12、下极板03、反馈线圈08与簧片11的一端相连，簧片11的另一端通过螺钉固定在燕尾滑台05上，用以保持所述差变电容器上极板12在振动引起的往复运动中的平衡；当所述传感器在振动作用下做机械运动时，中间极板02偏离零点位置，中间极板02的电压作为反馈电路的输入，反馈线圈08电流作为反馈电路输出，由于反馈线圈08的作用带动上极板02和下极板03做往复运动。
燕尾槽06为一个长方体结构，沿厚度方向开有一个与燕尾滑台05相配合的凹槽，使燕尾滑台05可插入燕尾槽06中，并能够上下滑动，由于燕尾槽06和燕尾滑台05离辐向永磁体09距离较近，均采用不导磁的铜材料，使用慢走丝的线切割机加工，燕尾滑台05的中间位置设有一个M4螺纹的螺孔，底座04上与之对应的螺孔的螺纹为M4.2，两者组成M0.2的差分螺纹07。
所述差分螺杆(图中未示出)分别设有与差分螺纹相配合的外螺纹，差分螺杆的上半部分螺纹为M4，下半部分螺纹为M4.2，将差分螺杆两端分别旋入到组成差分螺纹的两个螺孔中，根据需要的调整量旋转差分螺杆，通过螺纹原理将旋转运动变换成直线运动，从而达到精确调整燕尾滑台的高度的目的。
新型力平衡加速度传感器装配流程如下：(1)分别将垫片01、燕尾槽06、辐向充磁体09和导磁体10安装在底座04相应位置上，且辐向充磁体09和导磁体10内壁之间留有一定间隙；(2)用胶水粘合反馈线圈08和下极板03，同时将反馈线圈08置于导磁体10和辐向充磁体09所构成的间隙中，中间极板02通过螺钉固定在垫片01上；(3)用螺钉分别固定燕尾滑台05、簧片11和上极板12；(4)将燕尾滑台05插入燕尾槽06，并将上极板12安装在中间极板02的上方；(5)将差分螺杆旋入组成差分螺纹07的螺孔中。水平放置传感器，旋转差动螺杆通过调节燕尾滑台的高度，调节上、下极板的位置，从而使中间极板02刚好位于上、下极板的中间位置即零点位置处，即使得传感器的输出接近零，此时已完成传感器的核心部件装配工作。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种新型力平衡加速度传感器，包括底座(04)、垫片(01)、中间极板(02)、上极板(12)和下极板(03)、反馈线圈(08)、两个簧片(11)、导磁体(10)，其特征在于，所述传感器还包括：辐向充磁体(09)和燕尾槽滑台部；所述垫片(01)为U形结构，与所述燕尾槽滑台安装在底座(04)上表面的四周，并位于所述导磁体(10)的上方，所述导磁体(10)安装在底座(04)的中间圆柱形孔中，其内部安装有辐向充磁体(09)，所述辐向充磁体(09)和导磁体(10)内壁之间留有一定间隙；所述反馈线圈(08)安装在导磁体(10)和辐向充磁体(09)所构成的间隙中；所述上极板(12)和下极板(03)与所述中间极板(02)构成三明治式差动电容结构，所述差动电容结构安装在反馈线圈(08)的上方；所述两个簧片(11)的一端固定在上极板(12)的一边，另一端与所述燕尾槽滑台部固定连接，所述燕尾槽滑台部用于调节上极板(12)和下极板(03)的位置，从而使中间极板(02)刚好位于极板和下极板(03)的中间位置即零点位置处；
其中，所述燕尾槽滑台部包括：燕尾滑台(05)、燕尾槽(06)、差分螺纹(07)和差分螺杆，所述燕尾滑台(05)可插入所述燕尾槽(06)中，并能够上下滑动，所述燕尾滑台(05)与底座(04)对应的位置上分别各设有一个螺孔，两个螺孔的螺距不同，组成所述差分螺纹(07)，所述差分螺杆可旋入差分螺纹(07)中，用于调节燕尾滑台(05)的高度，从而调节上极板(12)和下极板(03)的位置，使中间极板(02)刚好位于中间位置即零点位置处。
2.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述燕尾滑台(05)上螺孔的螺纹为M4，所述底座(04)上与之对应的螺孔的螺纹为M4.2，两者组合成M0.2的所述差分螺纹(07)。
3.如权利要求1或2中所述的新型力平衡加速度传感器，所述差分螺纹(07)位于所述燕尾滑台中间位置处。
4.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述差分螺杆上分别设有与所述差分螺纹相适配的外螺纹，差分螺杆的上半部分螺纹为M4，下半部分螺纹为M4.2。
5.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述燕尾槽(06)为一个长方体结构，沿厚度方向开有一个与燕尾滑台(05)相配合的凹槽，使燕尾滑台可上下滑动。
6.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述燕尾滑台(05)与所述簧片(11)的一侧通过螺钉固定连接。
7.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述下极板(03)与所述反馈线圈(08)紧固连接，所述上极板(12)固定在下极板(03)的上方，所述中间极板(02)位于上极板(12)和下极板(03)之间，并通过螺钉固定在垫片(01)的上表面。
8.如权利要求5中所述的新型力平衡加速度传感器，所述下极板(03)与所述反馈线圈(08)通过胶水粘合固定。
9.如权利要求1中所述的新型力平衡加速度传感器，所述簧片(11)通过螺钉固定在上极板(12)的一边。
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| CN108982899B (zh) * | 2018-08-03 | 2020-12-01 | 北方工业大学 | 一种力平衡式闭环角速度传感器 |
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