CN2748921Y - 石英谐振加速度传感器 - Google Patents
石英谐振加速度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN2748921Y CN2748921Y CN 200420095516 CN200420095516U CN2748921Y CN 2748921 Y CN2748921 Y CN 2748921Y CN 200420095516 CN200420095516 CN 200420095516 CN 200420095516 U CN200420095516 U CN 200420095516U CN 2748921 Y CN2748921 Y CN 2748921Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mass
- base
- acceleration transducer
- shape
- quartz
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本实用新型涉及一种以石英晶体为敏感元件的谐振式加速度传感器。本实用新型技术方案是：一种石英谐振加速度传感器，包括壳体、底座、质量块、两个压电石英谐振器做成的敏感元件以及分别与所述敏感元件相连的两对电极，所述壳体与所述底座构成一封闭腔体，两对电极穿过所述底座伸出所述腔体外，所述质量块与所述底座通过一挠性梁相连；两所述敏感元件位于所述底座和所述质量块之间，两所述敏感元件具有相同的力敏角度特性，两所述敏感元件受到的作用力方向相反。本实用新型采用了通过配对获取力敏角度特性相同的两石英晶片作为敏感元件，在受到相反方向作用力的时候，会产生相反的、等值的频率改变，形成共模差动输出信号，提高了传感器的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于测量仪器技术领域，涉及一种加速度传感器，特别是一种以石英晶体为敏感元件的谐振式加速度传感器。
技术背景
现在世界各国广泛应用的传感器，绝大多数都是以电压和电流(模拟量)信号输出。这些传感器自身不适合于数字控制系统。因而在传感器和控制电路之间需增加A/D变换器。这不仅降低了系统的可靠性和响应速度，而且增加了成本。考虑到现代信息产业三大支柱：传感器技术、通信技术和计算机技术对数字化的要求，研制具有数字量输出的传感器，适应以微处理器为中心的数字控制系统是许多技术领域的共同要求。基于谐振技术的谐振式传感器，自身为周期信号输出，只用简单的数字电路即可转换为微处理器容易接受的信号。现在很多国内外的大学和研究机构都在努力研究它的应用前景，我国曾将其列入“九五”国家重点科技攻关计划。
目前，在市场上比较常见的是以石英晶片为敏感元件的谐振式力或称重传感器。在我国对以石英晶体为敏感元件的谐振式力或称重传感器研究最多的是清华大学，清华大学经过多年的研究，申请了一系列的发明和实用新型专利，有些已经转化为产品。如专利申请号为95105998.X、申请日为1995年6月9日、名称为一种单向差动压电谐振式力传感器的专利；专利申请号为98103030.0、申请日为1998年7月17日、名称为石英谐振式力/称重传感器的专利；专利申请号为95104981.X、申请日为1995年5月19日、名称为压电谐振式力传感器的专利；还有一些专利文献是介绍应用上述传感器制成的产品或为了提高传感器的精度所作的改进。从上述专利文献我们大致可以总结出，我国现在以清华大学为代表的研究石英谐振传感器的主要方向是集中力传感器，并没有涉及石英谐振加速度传感器的研究。
在国外，虽然从六、七十年代起就开始研究压电谐振式加速度传感器，但属于低频范围，而且存在如下精度低的问题：一、以单个石英晶片作为敏感元件的传感器不能解决由石英晶片本身及传感器结构所产生的迟滞、零点漂移和温度漂移的问题，因此精度低；二、虽然有的采用双石英晶片作为敏感元件，但是仅其中一个用来感受被测力，另外一个为参考谐振器，虽然部分解决了因温度变化所引起的温度漂移，但仍然无法解决传感器线性不好的问题，因而仍不能实现对被测参数的高精度测量。另有些还存在结构复杂、组成部件多、误差环节多等缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、能够高精度地测试加速度的石英谐振式传感器。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：一种石英谐振加速度传感器，包括壳体、底座、质量块、两个压电石英谐振器做成的敏感元件以及分别与所述敏感元件相连的两对电极，所述壳体与所述底座构成一封闭腔体，两对电极穿过所述底座伸出所述腔体外，其特征在于，所述质量块与所述底座通过一挠性梁相连；两所述敏感元件位于所述底座和所述质量块之间，两所述敏感元件具有相同的力敏角度特性，两所述敏感元件受到的作用力方向相反。
所述质量块呈T形，所述T形质量块的竖柱与所述底座相连，两个所述敏感元件位于所述底座和所述T形质量块的横柱之间，平行地分列于所述T形质量块的竖柱两侧。
所述T形质量块的竖柱是一挠性梁。
所述敏感元件对称的分列于所述T形质量块的竖柱两侧。
所述质量块大致呈H形，所述H形质量块的中间横梁平行于所述U形底座的侧壁；所述H形质量块一立柱外侧壁通过一支撑梁与所述U形底座的底边相连，所述支撑梁是一挠性梁。
两所述敏感元件分别位于所述H形质量块的横梁两侧和所述U形底座两侧壁之间，且分别与所述U形底座两侧壁相垂直。
在非工作状态下，两所述敏感元件均处于预紧状态。
两所述敏感元件是通过配对后获取的。
所述封闭腔内被抽成真空或充满惰性气体。
由于本实用新型采用了通过配对获取力敏角度特性相同的两石英晶片作为敏感元件，在受到相反方向作用力的时候，会产生相反的、等值的频率改变，形成共模差动输出信号，不仅使频率变化量放大了一倍，而且很好地解决了零点漂移、线性不好或其他干扰因素引起的误差，提高了传感器的测量精度。同时，本实用新型具有结构简单、组成部件少、误差环节少、装配简单的特点。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的结构图；
图2为本实用新型实施例二的结构图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，为本实用新型实施例一的结构图。一种石英谐振加速度传感器，包括壳体1、底座2、质量块3、两个压电石英谐振器做成的敏感元件4以及分别与两所述敏感元件4相连的两对电极5；两所述敏感元件4是通过配对获取的，具有相同的力敏角度特性、温度变化特性和固有频率等，如可以同是采用AT切型圆片型石英晶片，受力方向是石英晶片的X轴方向，当然也可以是其他的切型和受力方向。两个所述敏感元件4借助于垫块和支架固定于所述底座2和所述质量块3之间，为了便于安装和固定两所述敏感元件4，可以在所述垫块和所述质量块3上设置型槽；也可以不设置所述垫块和所述支架，直接在所述底座2上设置型槽来安装所述敏感元件；在非工作状态下，两所述敏感元件均处于预紧状态。所述壳体1与所述底座2构成一封闭腔体，两对电极5穿过所述底座2伸出所述腔体外；所述封闭腔内被抽成真空或充满惰性气体。
所述底座2呈板状，所述壳体1的轴向截面呈U形，所述质量块3呈T形，所述T形质量块3的竖柱31与所述底座2相连，两个所述敏感元件4借助于垫块和支架固定于所述底座2和所述T形质量块3的横柱32之间，垂直于所述底座2和所述T形质量块3；平行、对称地分列于所述T形质量块3的竖柱31两侧。所述T形质量块3的竖柱31是一挠性梁，所述挠性梁竖柱31的节点为311。所述T形质量块3的横柱32的两端面与所述壳体1的内表面间隙微小。
当该传感器处于工作状态时，所述质量块3会绕其竖柱31上的所述节点311，有与被测物体运动方向相同的运动，从宏观上看其实只是一种趋势。这样两个所述敏感元件4就会受到方向相反的作用力；一个就会受到指向所述底座2的压力被压缩，另一个受到背离所述底座2的拉力而伸展。这样就可以通过加在两所述敏感元件4上的电路测出两所述敏感元件4的频率差，再通过相关的计算方法得出被测物体的加速度。因为两所述敏感元件具有相同的力频特性，在受到相反方向等值作用力的时候，会产生相反的、等值的频率改变，形成共模差动输出信号，不仅使频率变化量放大了一倍，而且很好的解决了零点漂移、线性不好或其他干扰因素引起的误差，提高了传感器的测量精度。
根据所述挠性梁竖柱31的节点311距离所述底座2的远近的不同，以及所述挠性梁竖柱31的节点311处的壁厚不同，可以调整传感器的灵敏度和量程。
实施例二
如图2所示，为本实用新型实施例二的结构图。本实施例与第一实施例的区别在于，在本实施例中，所述底座2轴向横截面呈U形，所述质量块3大致呈H形，所述H形质量块3的中间横梁平行于所述U形底座2的侧壁21、22。所述H形质量块3一立柱外侧壁通过一支撑梁6与所述U形底座2的底边相连，所述支撑梁6是一挠性梁，所述挠性支撑梁的节点61靠近所述底座2底边。两所述敏感元件4分别位于所述质量块3的横梁两侧，借助于垫块和支架固定于所述底座2两侧壁和所述质量块3之间，且分别与所述U形底座2两侧壁21、22垂直。为了便于安装和固定两所述敏感元件4，可以在所述垫块和所述质量块3上设置型槽；也可以不设置所述垫块和所述支架，直接在所述底座2上设置型槽来安装所述敏感元件4；在非工作状态下，两所述敏感元件也均处于预紧状态。通过所述挠性支撑梁与所述底座2底边相连的所述H形质量块3的立柱外侧壁与所述底座2底边的间隙微小。
同样，当该传感器处于工作状态时，所述质量块3会绕所述挠性支撑梁6上的所述节点61，有与被测物体运动方向相同的运动，从宏观上看其实只是一种趋势。这样两个所述敏感元件4就会受到方向相反的作用力；一个就会受到指向所述底座2侧壁的压力被压缩，另一个受到背离所述底座2侧壁的拉力而伸展。这样就可以通过加在两所述敏感元件4上的电路测出两所述敏感元件4的频率差，再通过相关的计算方法得出被测物体的加速度。
除了以上实施例外，本实用新型还可以有其他的等同的变形体；根据以上实施例如果本领域的技术人员作出了显而易见的改变或改进，都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
本实用新型结构简单、组成部件少、装配简单、误差环节少、精度高，不仅可以应用于导弹的平台式和捷联式惯性基准；飞机的导航平台和惯性基准等军事用途，而且可以应用于楼房、高塔、桥梁和水坝的摇摆、振动、倾斜的测量；油井测斜和钻进方向的控制等民用；以及各种振动、离心和冲击试验设备的校准和标定。
Claims (6)
1、一种石英谐振加速度传感器，包括壳体、底座、质量块、两个压电石英谐振器做成的敏感元件以及分别与所述敏感元件相连的两对电极，所述壳体与所述底座构成一封闭腔体，两对电极穿过所述底座伸出所述腔体外；其特征在于，所述质量块与所述底座通过一挠性梁相连；两所述具有相同的力敏角度特性且受到的作用力方向相反的敏感元件位于所述底座和所述质量块之间。
2、根据权利要求1所述的石英谐振加速度传感器，其特征在于，所述质量块呈T形，所述T形质量块具有挠性的竖柱与所述底座相连，两个所述敏感元件位于所述底座和所述T形质量块的横柱之间，对称地分列于所述T形质量块的竖柱两侧。
3、根据权利要求2所述的石英谐振加速度传感器，其特征在于，两所述敏感元件平行的分列于所述T形质量块的竖柱两侧。
4、根据权利要求1所述的石英谐振加速度传感器，其特征在于，所述底座轴向截面呈U形，所述质量块大致呈H形，所述H形质量块的中间横梁平行于所述U形底座的侧壁；所述H形质量块一立柱外侧壁通过一具有挠性的支撑梁与所述U形底座的底边相连。
5、根据权利要求4所述的石英谐振加速度传感器，其特征在于，两所述敏感元件分别位于所述H形质量块的横梁两侧和所述U形底座两侧壁之间，且分别与所述U形底座两侧壁垂直。
6、根据权利要求1至5中的任意一项所述的石英谐振加速度传感器，其特征在于，所述封闭腔内被抽成真空或充满惰性气体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200420095516 CN2748921Y (zh) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | 石英谐振加速度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200420095516 CN2748921Y (zh) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | 石英谐振加速度传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2748921Y true CN2748921Y (zh) | 2005-12-28 |
Family
ID=35720413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200420095516 Expired - Fee Related CN2748921Y (zh) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | 石英谐振加速度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2748921Y (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100397086C (zh) * | 2007-07-09 | 2008-06-25 | 北京信息工程学院 | 新型压电石英加速度计 |
| CN108008149A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-08 | 南京理工大学 | 对应力不敏感的自校准硅微谐振式加速度计 |
| CN108351367A (zh) * | 2015-11-16 | 2018-07-31 | 雷斯昂公司 | 具有差动涡流感测的热不敏感的开环悬置质量加速度计 |
| WO2018205683A1 (zh) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | 北京航空航天大学 | 一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器 |
| CN109342799A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-02-15 | 南京理工大学 | 一种石英谐振式电流传感器 |
-
2004
- 2004-11-23 CN CN 200420095516 patent/CN2748921Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100397086C (zh) * | 2007-07-09 | 2008-06-25 | 北京信息工程学院 | 新型压电石英加速度计 |
| CN108351367A (zh) * | 2015-11-16 | 2018-07-31 | 雷斯昂公司 | 具有差动涡流感测的热不敏感的开环悬置质量加速度计 |
| CN108008149A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-08 | 南京理工大学 | 对应力不敏感的自校准硅微谐振式加速度计 |
| WO2018205683A1 (zh) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | 北京航空航天大学 | 一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器 |
| GB2578014A (en) * | 2017-05-12 | 2020-04-15 | Univ Beihang | Acceleration sensor comprising differential graphene resonant beams |
| US11243225B2 (en) | 2017-05-12 | 2022-02-08 | Beihang University | Acceleration sensor comprising differential graphene resonant beams |
| GB2578014B (en) * | 2017-05-12 | 2022-05-04 | Univ Beihang | Acceleration sensor comprising differential graphene resonant beams |
| CN109342799A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-02-15 | 南京理工大学 | 一种石英谐振式电流传感器 |
| CN109342799B (zh) * | 2018-11-20 | 2021-05-25 | 南京理工大学 | 一种石英谐振式电流传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109061226B (zh) | 静电负刚度式加速度计的设计方法 | |
| CN109883602B (zh) | 一种基于soi的自补偿硅微谐振式压力敏感芯片 | |
| CN103256941B (zh) | 一种mems陀螺仪高阶温度补偿的方法 | |
| US6595054B2 (en) | Digital angular rate and acceleration sensor | |
| US20040025590A1 (en) | Triaxial acceleration sensor | |
| Harada et al. | Various applications of resonant pressure sensor chip based on 3-D micromachining | |
| CN109813341B (zh) | 一种硅微机械陀螺驱动力耦合误差在线自校准系统 | |
| CN110501098B (zh) | 一种基于双压力膜和弱耦合谐振系统的高灵敏微压传感器 | |
| CN101067555A (zh) | 力平衡式谐振微机械陀螺 | |
| EP3835795B1 (en) | Vibrating beam accelerometer with pressure damping | |
| CN110108299A (zh) | 一种硅微机械陀螺仪标度因数在线自校准系统 | |
| CN111879969A (zh) | 一种中高频椭圆铰链双光纤光栅加速度传感器及测量方法 | |
| Ding et al. | Duplex mode tilt measurements based on a MEMS biaxial resonant accelerometer | |
| CN109387191B (zh) | 一种高温度适应性mems平面谐振陀螺结构 | |
| CN103278660A (zh) | 一种差分谐振式微加速度计及其驱动方法 | |
| CN103439529B (zh) | 基于片式集成高精度测温结构的硅振梁加速度计 | |
| CN2748921Y (zh) | 石英谐振加速度传感器 | |
| CN109883603B (zh) | 一种基于soi的硅微谐振式压力敏感芯片谐振器 | |
| Zhou et al. | Analytical study of temperature coefficients of bulk MEMS capacitive accelerometers operating in closed-loop mode | |
| CN113945732A (zh) | 一种石墨烯双轴差分式谐振式加速度计 | |
| CN2748889Y (zh) | 石英谐振压力传感器 | |
| CN113340986B (zh) | 一种参数激励与同步共振协同调控的高分辨率传感器及方法 | |
| Kalinkina et al. | Analysis and design of pressure sensors for micromechanical integrated pressure sensors | |
| CN205861253U (zh) | 双弦式振弦传感器 | |
| CN112697239B (zh) | 一种基于内共振的微量物质和驱动力同步传感器及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20051228 Termination date: 20091223 |