CN2541847Y - 一种静电伺服挠性加速度计 - Google Patents

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王福殿
吕良
杨冠
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Abstract

一种利用静电力产生伺服力矩的石英电容式挠性加速度计，包括控制电路、设在基座上的石英挠性摆片、传感电容器，在石英挠性摆片的两侧面对称地设置有两对金属电极，这两对金属电极分别与设置在基座上的金属电极构成传感电容C1、C2和产生静电力伺服力矩的电容C3、C4。传感电容C1、C2产生的电信号进入控制电路中的差动脉冲电路宽度调制电路后，并经比例放大电路、低通滤波电路，一路输出信号Vout，一路经驱动电路产生伺服静电力矩信号并输入到电容C3、C4。本实用新型由于采用静电力实现伺服闭环的技术方案，使精加工部件部件减少，可大幅度降低制造和装配成本，降幅可达1/3左右，便于推广应用。

Description

一种静电伺服挠性加速度计
技术领域
本实用新型涉及一种加速度计量仪，特别是指一种采用静电力产生伺服力矩的石英电容式挠性加速度计。
背景技术
现仍使用的一种电磁型石英电容式挠性加速度计的工作原理是，电容传感器中的敏感石英挠性摆的摆动正比于被测试的加速度运动。测试中，敏感信号经电路放大处理后，通过电磁线圈产生一个磁场，该磁场与永磁体的磁场相互作用，相对石英挠性摆运动相反的方向产生一个作用力矩，迫使该摆保持在原来的位置上，根据磁场的强弱，就可从电路信号中测试并计算出加速度。在制造加工中，该加速度计特别是其中的传感器零部件多、加工难度大，装配工序工艺复杂，使产品成本居高不下。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种不用磁性部件，而使用静电力产生伺服力矩的石英电容式挠性加速度计，以实现结构简单、零部件少，装配容易，产品成本低。
根据上述目的设计了一种静电伺服挠性加速度计，包括与石英挠性摆片相互配合的传感电容器和与它们连接的控制电路，其石英挠性摆片安设在基座或外壳上，在石英挠性摆片的两侧面对称地设置有两个金属电极，该两个金属电极分别与设置在基座或外壳上的金属电极构成传感电容C1、C2。在该石英挠性摆片的两侧面还对称地设置有另两个金属电极，该两个金属电极分别与设置在基座或外壳上的金属电极构成C3、C4。其中，传感电容C1、C2产生的电信号进入控制电路中的差动脉冲电路宽度调制电路后，并经比例放大电路、低通滤波电路，一路输出信号Vout，一路经驱动电路产生伺服静电力矩信号并输入到电容C3、C4，并在C3、C4上产生一与石英挠性摆片运动方向相反的静电力矩。另外，控制电路中还设置有防止电源波动的稳压电源电路，及为驱动电路、电容C3、C4提供基准电源的提升电压电路。
本实用新型由于采用静电力实现伺服闭环的技术方案，使精加工部件部件减少，可大幅度降低制造和装配成本，降幅可达1/3左右，便于推广应用。后表给出了对本实用新型进行测试的有关数据结果。
附图说明
附图1是现有技术电磁型石英电容式挠性加速度计的结构原理示意图；附图2是本实用新型的结构原理示意图；附图3是附图2的装配结构全剖示意图；附图4是本实用新型电气原理示意图。
具体实施方案
附图1给出了电磁型石英电容式挠性加速度计的结构原理示意图，包括电源、控制电路10，石英挠性摆1，在摆上缠绕有产生磁场的线圈17，还有永磁体19及传感电容器18。
附图2、3、4给出了本实用新型的基本实施方案。石英挠性摆直接以粘接方式固定在基座20或外壳21的内壁上，基座或外壳的内壁上还以粘接方式固定有其上制作有金属电极2、5、6、9的石英基片25、26；装配时外壳扣合在基座上，基座或外壳上有一供石英挠性摆片及其配套的金属电极定位的台阶型结构，控制电路及其支架24设置在基座或外壳内，外壳盖板22上开有出线孔23；制作在石英挠性摆上的金属电极是3、4、7、8。其中，金属电极6、7和8、9构成传感电容C1、C2，金属电极2、3和4、5构成产生静电伺服力矩的电容C3、C4。
工作时，在加速度的作用下，石英挠性摆产生运动并与自然状态形成一个偏角θ，使电容C1、C2的极间距离d发生变化，从而电容量发生变化。由于C1、C2与控制电路中的差动脉冲宽度调制电路16连接，变化信号经该电路后向可提高信号增益的比例放大电路11输出，再经可滤去来自前级的交流纹波的低通滤波电路12，一路信号Vout向外输出，另一路进入驱动电路13，驱动电路为产生伺服静电力矩提供驱动电压VD，至此，将电容变化量变换成了控制电压作用在电容C3、C4上并产生一对与石英挠性摆运动方向相反的静电力矩，使石英挠性摆在两个力的平衡作用下始终保持在原位不动，实现了伺服闭环方案。同时，为了防止供电电源波动造成传感器精度的下降，设置了专用稳压电源电路14，提升电压电路15将提升后的电压供给驱动电路和电容C3、C4作基准电源。
    本实用新型技术数据表
    指标名称     指标值
    测量范围(g)     0～10
    分辨率(g)     5×10-6
    线性度(FS)     1×10-5
    偏    值(g)     2×10-3
    梯    度(mV/g)     800
    工作电源电压(V)     ±15
    工作电源电流(mA)     20
    工作环境温度(℃)     -50～+70

Claims (6)

1、一种静电伺服挠性加速度计，包括与石英挠性摆片(1)相互配合的传感电容器和与它们连接的控制电路(10)，其特征是石英挠性摆片安设在基座(20)或外壳(21)上，在石英挠性摆片的两侧面对称地设置有两个金属电极(7、8)，该两个金属电极分别与设置在基座或外壳上的金属电极(6、9)构成传感电容C1、C2。
2、根据权利要求1所述的加速度计，其特征是在所述石英挠性摆片的两侧面还对称地设置有另两个金属电极(3、4)，该两个金属电极分别与设置在基座或外壳上的金属电极(2、5)构成C3、C4。
3、根据权利要求2所述的加速度计，其特征是传感电容C1、C2产生的电信号进入控制电路中的差动脉冲电路宽度调制电路(16)后，并经比例放大电路(11)、低通滤波电路(12)，一路输出信号Vout，一路经驱动电路(13)产生伺服静电力矩信号并输入到电容C3、C4。
4、根据权利要求3所述的加速度计，其特征是控制电路中还设置有防止电源波动的稳压电源电路(14)，及为驱动电路、电容C3、C4提供基准电源的提升电压电路(15)。
5、根据权利要求2或3或4所述的加速度计，其特征是所述的外壳扣合在基座上，基座上有一供石英挠性摆片及其配套的金属电极定位的台阶型结构，控制电路及其支架(24)设置在基座或外壳内。
6、根据权利要求5所述的加速度计，其特征是设置在基座或外壳上的金属电极制作在石英基片(25、26)上，石英基片固定在基座或外壳内壁上。
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