CN2303298Y

CN2303298Y - 二向高g值加速度传感器

Info

Publication number: CN2303298Y
Application number: CN 97235937
Authority: CN
Inventors: 张合; 蒋波
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1997-05-05
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2007-05-05

Abstract

本实用新型公开了一种二向高g值加速度传感器,其特点在于采用了片状轴向极化晶片和片状轴向质量块以及筒状径向极化晶片和筒状径向质量块来获取水平与轴向加速度分量;整个传感器由原来需要三向测量减少为二向,不但质量可减小到7克以下,而且结构简单,测量冲击加速度范围5kg以上,使用频率范围可达5KHz,完全满足高速飞行弹加速度测量,可适用于高速飞行的弹丸自适应控制系统。

Description

二向高g值加速度传感器

本实用新型涉及一种测速传感器，特别是一种二向高g值加速度传感器。

对于圆柱形物体(如弹丸)，当它以一定的速度下落时，测量出它与地面碰击时的倾斜角是十分重要的，它有利于对下落物体的自适应控制和利用冲击加速度来调整弹丸的炸点。目前国内外常用的方法是利用三向加速度传感器测得X、Y、Z三个方向的加速度分量，再根据这三个方向的加速度分量计算出下落物体与地面的倾斜角度。1983年《仪器制造》第4期上公开了一篇由秦皇岛电子研究所王树山发表的“新型的三向压电加速度传感器”，它是采用三组厚度极化晶片并连，其中两组晶片具有切变压电效应，用于检测X向和Y向的加速度分量，第三组晶片具有拉压压电效应，用于检测Z向加速度分量。敏感质量块通过中心螺杆和预紧螺母被固定在晶片组件上。根据该三向加速度传感器输出的三个方向加速度计算倾斜角，其传感器本身存在有如下不足：(1)传感器的结构复杂，它采用了三组晶片来测量水平与轴向的加速度，以及用较大的质量块来抵消各自产生的摩擦力影响，从传感器的配合上就限制了其结构尺寸的减小，从而使质量设计也难以减小，一般在8～12克；(2)采用三向输出，使后续处理电路计算工作量大，耗时长(2．7～3ms)，控制效果欠佳；(3)不能用于高g值冲击加速度的测量，因为这种三向传感器的结构限制了其结构尺寸的减小，其频率不能做的过高，其可用测量范围只能达到0-2KHz，可测的最高加速度为4千克，因此不能满足高g值加速度的测量要求。

本实用新型的目的在于提供一种质量小，测量范围大，频率高且速度快的二向高g值加速度传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。二向高g值加速度传感器，它是由壳体、基座、极化晶片、质量块和输出线等组成，其发明特点在于极化晶片为两种，一种为片状轴向极化晶片，另一种为筒状径向极化晶片，质量块也为两块，一块为片状轴向质量块，另一块为筒状径向质量块，片状轴向极化晶片和片状轴向质量块通过一预紧螺帽被依次固定在基座的中心轴座部，筒状径向极化晶片被套于筒状径向质量块内与之紧配合，它们通过金属胶固定在基座中心轴的顶部；输出线的一端接两晶片的正级，另一端通过基座侧孔引出，用于和数据处理电路连接。本实用新型主要是用于速度大于700米／秒的高速飞行弹(如榴弹、穿甲弹)的自适应控制系统中，它能有效地调整弹丸的飞行角度，保证弹丸在地下一定深度内摧毁预定的目标。使用时，该加速度传感器安装于弹内规定部位，输出线与数据处理电路连接，当弹丸以一定的倾角碰击地面时，碰击力迅速分解为轴向力和径向力，轴向力垂直作用到惯性片状轴向质量块上，通过该质量块将力施加到片状轴向极化晶片上，使该晶片产生的电荷正比于轴向力，并通过输出线将轴向加速度值Fz传送到处理电路的放大器上，径向力垂直作用到惯性筒状质量块上，通过该质量块再传送到筒状径向极化晶片上，在该晶片上产生的电荷正比于径向力，再通过输出线将径向加速度值Fr传送到处理电路放大器上。根据本实用新型设计，片状极化晶片和片状质量块是提供轴向加速度的测量，片状极化晶片为轴向厚度极化，而筒状极化晶片和筒状质量块是提供径向加速度的测量，筒状极化晶片为径向厚度极化，根据它们测得的二向加速度分量值，再通过数学模式：

θ = {t_{g}}^{- 1} \frac{Fz}{Fr}

求出倾斜角值。

本实用新型与现有技术相比其显著的积极效果是：(1)由于采用了一个筒状极化晶片和筒状质量块来完成径向X和Y方向的加速度测量，使整个传感器由原来需要三向测量减少为二向，从而使得质量得到减小，可做到小于7克；(2)径向和轴向加速度的测量为相互独立，所以不存在互相间由于摩擦力而引起的影响；(3)本实用新型传感器测量冲击加速度的范围可达5千克以上，使用频率范围也可提高至5KHz，完全满足高速飞行弹的高g值加速度测量；(4)由于采用二向测量，其后续处理电路耗时减小到1ms，比现有技术减少3～5倍，结构简单，尤其适用于高速飞行的弹丸自适应控制系统。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施给出。

附图是根据本实用新型制作的二向高g值加速度传感器结构示意图。

下面根据附图对本实用新型做进一步详细描述。

参见附图，根据本实用新型制作的二向高g值加速度传感器，它是由基座1、极化晶片2、5、质量块3、4、壳体7和输出线8组成，基座1采用不锈钢材料，基座1底部设有安装孔9，极化晶片2、5的材料选择压电系数较大的PZT-5压电陶瓷，极化晶片2为片状，内径3mm，外径5mm，高0．5mm，它为轴向厚度极化晶片，极化晶片5为筒状，内径2mm，外径4mm，高3mm，是径向厚度极化晶片，它们分别安装在基座1中心轴的底部和上部，两者之间有1．5mm的间隔，装配时，它们的内表面涂有金属导电胶，装到基座中心柱后，再经200℃烘箱烘20分钟固化。质量块3、4的材料选用高比重金属材料，本例采用黄铜H62，比重为8．9g／cm³，弹性模量为20．8×10³MP。质量块3为片状，内径4mm，外径5mm，高0．5mm它通过一螺帽6被固定在基座1中心轴底部晶片的上端，其内径大于晶片2的内径，避免与基座接触，保证绝缘。同时也能减小传感器的质量。质量块4为筒状，其内径为4mm，外径为6mm，高3mm，它套于基座1中心轴上部晶片5外，利用金属导电胶与之紧密配合。输出线8分别焊点在上下晶片的外表面上端，通过基座的侧孔将输出线8引出，传感器以基座1为地。壳体7采用不锈钢材料，当内部装配完以后，将壳体7与基座1连接。

Claims

1、一种二向高g值加速度传感器，它是由壳体[7]、基座[1]、极化晶片、质量块和输出线[8]组成，其特征在于极化晶片为片状轴向极化晶片[2]和筒状径向极化晶片[5]，质量块为片状轴向质量块[3]和筒状径向质量块[4]，片状轴向极化晶片[2]和质量块[3]通过一预紧螺帽[6]被依次固定在基座[1]中心轴底部，筒状径向极化晶片[5]被套于质量块[4]内与之紧配合，并通过金属胶固定在基座[1]中心轴的顶部；连接两极化晶片[2]和[5]正极的输出线[8]通过基座[1]侧孔引出，壳体[7]与底部带有安装孔[9]的基座[1]螺纹连接。

2、根据权利要求1所述的二向高g值加速度传感器，其特征在于质量块[3]和质量块[4]的材料为高比重金属材料。